基于预配置的过程级动态软硬件划分方法研究

发布时间：2020-06-01 14:45

【摘要】：随着人们对嵌入式电子产品的要求不断趋于小型化、微型化,设计人员越来越多地在嵌入式系统设计中采用可重构片上系统(Reconfigurable System-on-Chip, RSoC)技术,面向嵌入式系统的软硬件协同设计研究逐渐转向了面向RSoC的软硬件协同设计研究。RSoC上包含有执行软件程序的可编程微处理器核和实现硬件逻辑的可配置可重构器件,因此设计人员需要通过软硬件协同设计来完成应用需求,其中最为重要的是将应用所需完成的功能有效地映射到这两种类型的运算部件上。因此,研究面向可重构片上系统的动态软硬件划分方法对于充分发挥可重构片上系统的结构优势,构建灵活高效的嵌入式应用系统十分重要。本文将面向可重构片上系统,基于可重构计算技术,研究动态可重构下的预配置策略和动态软硬件划分算法。具体完成的工作及取得的成果如下: 1.提出了一种新的基于动态部分可重构的预配置模型:该模型以抽象函数库中的抽象函数作为研究对象,使用任务图(有向无环图,DAG)对其进行描述,将任务图中结点的执行过程分解为配置和计算两个阶段,利用配置的无相关性把配置时间隐藏在有效的计算当中。通过计算任务配置时间,我们提出了基于预配置时间(Pre-configuration Time,PCT)优先的预配置策略,并设计出了有效的预配置调度流程。实验表明,使用预配置后的重构开销比没有使用预配置的重构开销小。 2.提出了一种过程级动态软硬件划分算法:首先,我们提出了一个软硬件透明编程模型,解决了可重构硬件对程序员不透明的问题。接着,我们选择过程(或函数)作为软硬件划分的划分粒度,以解决实际应用中线程级划分开销太大,而指令级划分又过于复杂的问题。然后在硬件资源约束的条件下,我们设计出了过程级动态软硬件划分算法。最后考虑到任务的硬件环境,我们结合预配置提出了一个基于预配置的过程级动态软硬件划分算法。实验表明,所提出算法相对基于模拟退火的软硬件划分算法而言在性能上有一定提高。最后,在Xilinx Virtex-4 FX FPGA上实现了一个过程级软硬件划分的简单原型系统。该系统建立了一个软硬件协同函数库,使用了基于预配置的过程级动态软硬件划分算法,并且通过动态链接技术将划分链接到实际的软件或硬件实现代码上。实验结果表明,该原型系统在过程级可以实现应用描述到软硬件实现的自动映射。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP368.11

【参考文献】