【摘要】：軟(件)硬件協(xié)同設(shè)計(jì)(Hardware/Software Co-design)是一種在設(shè)計(jì)的最初階段就將軟件與硬件兩方面結(jié)合起來權(quán)衡功能的分配,在軟件與硬件的并行設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)軟硬件的交互,以滿足系統(tǒng)的功能與性能要求的設(shè)計(jì)方法[GDM97][DM91]。隨著人類進(jìn)入新的世紀(jì),由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展,軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)界研究的熱點(diǎn)。 德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)VLSI與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室自二十世紀(jì)九十年代以來一直從事軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的研究,在系統(tǒng)建模、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方面已取得了多項(xiàng)令人矚目的成果,在國際上享有良好聲譽(yù)[DAR00]。近年,該實(shí)驗(yàn)室又提出了系統(tǒng)建模工具CDM,并且已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)器人、MP3播放器等多個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文的基礎(chǔ)是在上海市科技發(fā)展基金的資助下,與德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)合作對(duì)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵技術(shù)展開的研究。 軟硬件協(xié)同綜合技術(shù)是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)�；贑DM模型,作者提出了一個(gè)軟硬件協(xié)同綜合算法COSMT。和傳統(tǒng)的軟硬件協(xié)同綜合算法相比,這一個(gè)算法有以下幾個(gè)特點(diǎn):1)傳統(tǒng)的軟硬件協(xié)同綜合技術(shù)包括COSYN、CASPER、MOGAC等研究的對(duì)象是分布式硬實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)[BGN97][BN98][RN98_2],而本算法研究的對(duì)象是具有硬實(shí)時(shí)與軟實(shí)時(shí)約束的嵌入式系統(tǒng)。2)采用了一個(gè)基于RMA[CJ73]的Slacksteal調(diào)度策略[RKA93]以滿足軟實(shí)時(shí)與硬實(shí)時(shí)約束相混合的要求。3)本算法中還提出了一個(gè)系統(tǒng)的硬件互聯(lián)結(jié)構(gòu)生成子算法,這一算法通過減少硬實(shí)時(shí)通信事件的資源競(jìng)爭(zhēng)、降低軟實(shí)時(shí)通信事件的路由復(fù)雜性,使得生成的硬件互聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠滿足系統(tǒng)的硬(軟)實(shí)時(shí)性約束,同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性。4)在優(yōu)化方法中采用了一個(gè)近似 華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文 Pareto一ranking[B GN97]的評(píng)級(jí)方法,滿足了設(shè)計(jì)的多重性能優(yōu)化要 求。 如何高效、正確地將高層抽象形態(tài)的設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)的 低層實(shí)現(xiàn)形態(tài)是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的一大難題。對(duì)此,本文給出一 個(gè)將設(shè)計(jì)從高層抽象模型(CDM模型)轉(zhuǎn)化成部件的 SystemqsysOZ]行為級(jí)代碼框架的自動(dòng)生成算法。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 生成的SystemC代碼能夠滿足系統(tǒng)的功能及軟實(shí)時(shí)、硬實(shí)時(shí)約束。 詳細(xì)設(shè)計(jì)描述技術(shù)也是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的一個(gè)重要技術(shù),其 目的是支持設(shè)計(jì)者建立詳細(xì)設(shè)計(jì)的描述模型,直觀地描述軟件或 者硬件的時(shí)間特征、數(shù)據(jù)流與控制流等信息,以有效地對(duì)系統(tǒng)的 詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、研究。CDM能夠用來建立系統(tǒng)模型,但是并 不適合詳細(xì)設(shè)計(jì)的描述。對(duì)此,作者提出了一個(gè)雙層定時(shí)Petri Net 一DTTPN及層次化DTTPN,它能夠?qū)?shù)據(jù)流與控制流在同一個(gè) 模型中分開表示,能夠描述系統(tǒng)的時(shí)間特征,這樣,設(shè)計(jì)者能夠 同時(shí)在數(shù)據(jù)域與控制域分析設(shè)計(jì),也能夠分析系統(tǒng)的時(shí)序特征, 從而為部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)描述工具。 通過上述研究,作者從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、部件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 這兩個(gè)階段對(duì)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的探討,在 CDM的基礎(chǔ)上形成了一套軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的工具與算法。 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)ROCS是應(yīng)用上述技術(shù)開發(fā)的軟硬 協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它支持設(shè)計(jì)者采用文本或圖形的方式對(duì)系統(tǒng) 采用CDM進(jìn)行描述,并根據(jù)生成的CDM模型進(jìn)行協(xié)同綜合從而 得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述,然后生成系統(tǒng)的行為級(jí)SystemC代碼框架。 本文介紹了ROCS的系統(tǒng)設(shè)計(jì),著重分析了上述技術(shù)在系統(tǒng)中的 應(yīng)用。然后以一個(gè)PDA為例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: ROCS能夠支持設(shè)計(jì)者進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);借助于ROCS生成 的systemC代碼及SystemC的開放平臺(tái),設(shè)計(jì)者能夠在設(shè)計(jì)的早 期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。 綜上所述,本文的主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)歸納為:
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TP302.1
【圖文】：

第4章部件設(shè)計(jì)及其行為級(jí)SysetmC代碼框架的自動(dòng)生成圖4一s實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(一)圖4一9實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(二).45應(yīng)用上述生成的Sysetmc代碼主要用于行為級(jí)的軟件與硬件的同時(shí)開發(fā)，即用于評(píng)價(jià)軟件硬件的行為的正確性，可結(jié)合傳統(tǒng)用開發(fā)板開發(fā)的過程使用。對(duì)于傳統(tǒng)的開發(fā)方法，則在協(xié)同綜合以后，即可購買開發(fā)板，在上述生成的硬件行為代碼框架及軟件仿真器的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)硬件的功能過程用sysetmc作行為級(jí)描述，將軟件用標(biāo)準(zhǔn)c開發(fā)出來，并進(jìn)行行為級(jí)的仿真與驗(yàn)證，然后用多目標(biāo)編譯器進(jìn)行編譯，并下載到開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試。如果處理器供應(yīng)商能提供指令級(jí)的仿真器作為API與C環(huán)境集成，則能夠直接在C環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)、編譯與調(diào)試。如果連多目標(biāo)編譯器都沒有

第4章部件設(shè)計(jì)及其行為級(jí)SysetmC代碼框架的自動(dòng)生成圖4一s實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(一)圖4一9實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(二).45應(yīng)用上述生成的Sysetmc代碼主要用于行為級(jí)的軟件與硬件的同時(shí)開發(fā)，即用于評(píng)價(jià)軟件硬件的行為的正確性，可結(jié)合傳統(tǒng)用開發(fā)板開發(fā)的過程使用。對(duì)于傳統(tǒng)的開發(fā)方法，則在協(xié)同綜合以后，即可購買開發(fā)板，在上述生成的硬件行為代碼框架及軟件仿真器的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)硬件的功能過程用sysetmc作行為級(jí)描述，將軟件用標(biāo)準(zhǔn)c開發(fā)出來，并進(jìn)行行為級(jí)的仿真與驗(yàn)證，然后用多目標(biāo)編譯器進(jìn)行編譯，并下載到開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試。如果處理器供應(yīng)商能提供指令級(jí)的仿真器作為API與C環(huán)境集成，則能夠直接在C環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)、編譯與調(diào)試。如果連多目標(biāo)編譯器都沒有

華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文件協(xié)同綜合算法COSMT將系統(tǒng)的高層抽象模型C(DM模型)生成滿足系統(tǒng)功能要求與性約束的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述，其中包括硬件部分、軟件部分以及系統(tǒng)的面積、功耗、實(shí)時(shí)性與價(jià)特征，硬件部分包括組成系統(tǒng)的處理資源(包括處理器與AsIC)與通信資源，分配到Aslc用硬件實(shí)現(xiàn)的各個(gè)處理以及這些處理組成的子系統(tǒng)(用cDM子圖表示)，分配在各個(gè)通信源上的子系統(tǒng)之間的通信(用cDM子圖之間的邊表示)以及各個(gè)通信事件的調(diào)度順序，以由處理資源與通信資源組成的硬件互聯(lián)結(jié)構(gòu);軟件部分包括分配到各個(gè)處理器上用軟件實(shí)的處理以及由這些處理所組成的子系統(tǒng)(用cDM子圖表示)，以及這些處理在處理器上執(zhí)的調(diào)度順序。并且我們已經(jīng)將協(xié)同綜合后的cDM模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化成部件的行為級(jí)sysetmc碼框架，接下來就是在生成的行為級(jí)sysetmC代碼框架的基礎(chǔ)上，在sysetmc開放環(huán)境進(jìn)行軟件與硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)與虛擬調(diào)試。經(jīng)過虛擬調(diào)試后的硬件部分被逐步實(shí)現(xiàn)，軟件將多目標(biāo)編譯器進(jìn)行編譯并與硬件部分進(jìn)行集成，從而得到系統(tǒng)原型。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 欒靜;模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)級(jí)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華東師范大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 程煊;基于CDM模型的0-1規(guī)劃軟硬件劃分方法的研究[D];華東師范大學(xué);2006年

2 黃瑞;基于CDM模型的軟硬件協(xié)同調(diào)度技術(shù)研究[D];華東師范大學(xué);2006年

3 李春江;面向動(dòng)態(tài)可重構(gòu)片上系統(tǒng)的過程級(jí)軟硬件劃分方法研究[D];湖南大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2758352