基于CDM的软硬件协同设计若干关键技术研究

发布时间：2020-07-16 18:30

【摘要】：软(件)硬件协同设计(Hardware/Software Co-design)是一种在设计的最初阶段就将软件与硬件两方面结合起来权衡功能的分配,在软件与硬件的并行设计过程中实现软硬件的交互,以满足系统的功能与性能要求的设计方法[GDM97][DM91]。随着人类进入新的世纪,由于信息技术的飞速发展,软硬件协同设计技术已经成为当前学术与产业界研究的热点。 德国Darmstadt工业大学VLSI与系统实验室自二十世纪九十年代以来一直从事软硬件协同设计技术的研究,在系统建模、设计与验证方面已取得了多项令人瞩目的成果,在国际上享有良好声誉[DAR00]。近年,该实验室又提出了系统建模工具CDM,并且已经应用于机器人、MP3播放器等多个系统的设计。本文的基础是在上海市科技发展基金的资助下,与德国Darmstadt工业大学合作对软硬件协同设计的若干关键技术展开的研究。 软硬件协同综合技术是软硬件协同设计的一个关键技术。基于CDM模型,作者提出了一个软硬件协同综合算法COSMT。和传统的软硬件协同综合算法相比,这一个算法有以下几个特点:1)传统的软硬件协同综合技术包括COSYN、CASPER、MOGAC等研究的对象是分布式硬实时嵌入式系统[BGN97][BN98][RN98_2],而本算法研究的对象是具有硬实时与软实时约束的嵌入式系统。2)采用了一个基于RMA[CJ73]的Slacksteal调度策略[RKA93]以满足软实时与硬实时约束相混合的要求。3)本算法中还提出了一个系统的硬件互联结构生成子算法,这一算法通过减少硬实时通信事件的资源竞争、降低软实时通信事件的路由复杂性,使得生成的硬件互联结构能够满足系统的硬(软)实时性约束,同时提高系统的可靠性。4)在优化方法中采用了一个近似 华东师范大学博士学位论文 Pareto一ranking[B GN97]的评级方法,满足了设计的多重性能优化要 求。 如何高效、正确地将高层抽象形态的设计自动转化成设计的 低层实现形态是软硬件协同设计的一大难题。对此,本文给出一 个将设计从高层抽象模型(CDM模型)转化成部件的 SystemqsysOZ]行为级代码框架的自动生成算法。通过实验验证, 生成的SystemC代码能够满足系统的功能及软实时、硬实时约束。 详细设计描述技术也是软硬件协同设计的一个重要技术,其 目的是支持设计者建立详细设计的描述模型,直观地描述软件或 者硬件的时间特征、数据流与控制流等信息,以有效地对系统的 详细设计进行分析、研究。CDM能够用来建立系统模型,但是并 不适合详细设计的描述。对此,作者提出了一个双层定时Petri Net 一DTTPN及层次化DTTPN,它能够将数据流与控制流在同一个 模型中分开表示,能够描述系统的时间特征,这样,设计者能够 同时在数据域与控制域分析设计,也能够分析系统的时序特征, 从而为部件的详细设计提供了一个描述工具。 通过上述研究,作者从系统结构的设计、部件的设计与实现 这两个阶段对软硬件协同设计的关键技术进行了系统的探讨,在 CDM的基础上形成了一套软硬件协同设计的工具与算法。 软硬件协同设计实验平台ROCS是应用上述技术开发的软硬 协同设计实验系统。它支持设计者采用文本或图形的方式对系统 采用CDM进行描述,并根据生成的CDM模型进行协同综合从而 得到系统结构描述,然后生成系统的行为级SystemC代码框架。 本文介绍了ROCS的系统设计,着重分析了上述技术在系统中的 应用。然后以一个PDA为例进行了实验研究,实验结果表明: ROCS能够支持设计者进行系统结构的设计;借助于ROCS生成 的systemC代码及SystemC的开放平台,设计者能够在设计的早 期发现错误,并对设计进行改进。 综上所述,本文的主要工作与创新点归纳为:
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TP302.1
【图文】：

第4章部件设计及其行为级SysetmC代码框架的自动生成图4一s实验结果分析(一)图4一9实验结果分析(二).45应用上述生成的Sysetmc代码主要用于行为级的软件与硬件的同时开发，即用于评价软件硬件的行为的正确性，可结合传统用开发板开发的过程使用。对于传统的开发方法，则在协同综合以后，即可购买开发板，在上述生成的硬件行为代码框架及软件仿真器的基础上，进一步对硬件的功能过程用sysetmc作行为级描述，将软件用标准c开发出来，并进行行为级的仿真与验证，然后用多目标编译器进行编译，并下载到开发板上进行调试。如果处理器供应商能提供指令级的仿真器作为API与C环境集成，则能够直接在C环境下进行开发、编译与调试。如果连多目标编译器都没有

第4章部件设计及其行为级SysetmC代码框架的自动生成图4一s实验结果分析(一)图4一9实验结果分析(二).45应用上述生成的Sysetmc代码主要用于行为级的软件与硬件的同时开发，即用于评价软件硬件的行为的正确性，可结合传统用开发板开发的过程使用。对于传统的开发方法，则在协同综合以后，即可购买开发板，在上述生成的硬件行为代码框架及软件仿真器的基础上，进一步对硬件的功能过程用sysetmc作行为级描述，将软件用标准c开发出来，并进行行为级的仿真与验证，然后用多目标编译器进行编译，并下载到开发板上进行调试。如果处理器供应商能提供指令级的仿真器作为API与C环境集成，则能够直接在C环境下进行开发、编译与调试。如果连多目标编译器都没有

华东师范大学博士学位论文件协同综合算法COSMT将系统的高层抽象模型C(DM模型)生成满足系统功能要求与性约束的系统结构描述，其中包括硬件部分、软件部分以及系统的面积、功耗、实时性与价特征，硬件部分包括组成系统的处理资源(包括处理器与AsIC)与通信资源，分配到Aslc用硬件实现的各个处理以及这些处理组成的子系统(用cDM子图表示)，分配在各个通信源上的子系统之间的通信(用cDM子图之间的边表示)以及各个通信事件的调度顺序，以由处理资源与通信资源组成的硬件互联结构;软件部分包括分配到各个处理器上用软件实的处理以及由这些处理所组成的子系统(用cDM子图表示)，以及这些处理在处理器上执的调度顺序。并且我们已经将协同综合后的cDM模型自动转化成部件的行为级sysetmc码框架，接下来就是在生成的行为级sysetmC代码框架的基础上，在sysetmc开放环境进行软件与硬件的详细设计与虚拟调试。经过虚拟调试后的硬件部分被逐步实现，软件将多目标编译器进行编译并与硬件部分进行集成，从而得到系统原型。

【引证文献】

相关博士学位论文 前1条

1 栾静;模型驱动的系统级软硬件协同设计若干关键技术研究[D];华东师范大学;2006年

相关硕士学位论文 前3条

1 程煊;基于CDM模型的0-1规划软硬件划分方法的研究[D];华东师范大学;2006年

2 黄瑞;基于CDM模型的软硬件协同调度技术研究[D];华东师范大学;2006年

3 李春江;面向动态可重构片上系统的过程级软硬件划分方法研究[D];湖南大学;2010年

本文编号：2758352