软硬件协同综合及虚拟微处理器技术研究

发布时间：2020-05-04 10:12

【摘要】： 嵌入式系统通常是完成特定功能的软件和硬件的集合，嵌入式系统的发展十分迅速。在传统的嵌入式系统设计方法中，软硬件设计过程的割裂导致了低质量的设计方案和开发进程的拖延，现有设计方法已经不能满足嵌入式系统发展的需求。软硬件协同设计是一种新的设计方法。软硬件协同设计协调软硬件开发过程并行开展，一方面可以缩短设计周期，极大地提高设计效率。另一方面可以根据系统各个部分的特点和设计约束，，选择软件或者硬件实现方式，得到高性能，低成本的优化设计方案。本文的主要研究了系统软硬件协同设计中的若干关键技术，包括：系统模型、设计评价技术、软硬件协同综合和嵌入式微处理器虚拟原型技术。针对有固定周期约束的计算密集型嵌入式系统，本文提出了带时间约束的任务流图模型(TTG)，为软硬件协同综合综合和评价研究奠定了良好的基础。TTG模型中以任务作为设计的基本粒度，本文指出了任务划分问题的重要性，并提出了基于系统行为对象关系度量进行任务划分的方法。文中通过分析完全点和二分点的情况，提出了两个合并准则，对于C.J.Tseng提出的、目前使用广泛的基团剖分算法进行了改进。经模拟测试表明，新算法明显提高了划分质量。软硬件协同综合决定系统功能在软硬件实现结构上的分配，是软硬件协同设计的核心问题。本文提出了基于改进遗传算法解决软硬件协同综合问题的新方法，基于TTG模型，该方法能够实现多并发任务流在多处理单元结构上的映射。对于遗传算法的若干改进明显提高了综合算法的速度、稳定性和适应性。在对现有性能评价方法的深入对比研究和对软硬件协同设计中调度问题分析的基础上，本文提出了基于动态关键路径优先调度进行系统层性能评价的方法，实验表明该方法优于其它几种调度算法。嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心，本文介绍了面向嵌入式微处理器的虚拟原型工具——VCPU的设计和实现。同其它微处理器仿真工具相比，该工具具有多层次，可配置，功能全面的特点。软硬件协同设计强调设计进程的并行化和协作化，该设计方法需要相应辅助设计环境的支持。本文介绍了我们开发的支持软硬件协同设计方法的并行设计环境——YH-CDE，该设计环境以集成框架为核心，支持嵌入式系统多层次的建模与仿真。最后，对于研究工作进行了总结，并指出了今后的研究方向。本文的研究成果对于推动软硬件协同设计技术的发展和应用有重要的理论意义和实践意义。
【图文】：

示例,时限

了=<v了，t1>和输出事件。2二<vZ，t2>，都有t2>t了。将任务点火时间和输出事件产生时间之间的差作为任务运算时间(computationtime)。我们假定任务在某处理单元上的运算时间为一个常数。图2.10表明了任务的点火以及任务处理在事件时间标记上的反应。任务流图的每次运行，都从初始节点start启动，称为任务流图的点火，Start节点标记了任务流图的开始时间。每个仅以Start为前向节点的任务在任务流图点火后就可以点火运行。当所有的节点运行完毕后，end.节点的输入事件集到齐标记任务流图的一次运行完成。定义任务流图的运行时间或者反应时间为从Start节点点火到end节点完成所需要的时间。为任务流图定义一个周期period(或者被称为速率约束)，该周期确定了每两次任务启动之间的时间间隔。为任务流图定义一个完成时限(deadiine)，该时限规定了从设计允许的任务流图最长反应时间。若任务在某种实现上的反应时间都小于这个时限，则称该任务流图满足时限约束。任务流图的周期和时限一般是由嵌入式系统的外界因素所限定的设计约束。比如在动态视频播放中，为保证用户不觉察到图像停顿，要求视频解码器能在0.03秒内处理一帧图像

优化过程,运算时间,系统成本

优化过程中任务流图运算时间:TIME(s)变化对比
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TP332

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