基于Ptolemy Ⅱ的MP3解码器的建模仿真研究

论文摘要

随着嵌入式系统在各个领域的广泛应用,嵌入式系统的复杂性也日益增加,导致嵌入式系统开发中分析设计阶段的工作变得越来越重,所以有必要通过嵌入式系统建模来降低设计阶段的工作量。然而由于嵌入式系统通常具有异构性,现有建模方法在嵌入式系统设计方面显得不足,因此基于PtolemyⅡ平台研究一种能够有效解决嵌入式系统异构性问题的建模设计策略非常必要,对嵌入式系统的设计具有实际意义。PtolemyⅡ为分布、实时、并行的嵌入式系统提供建模仿真平台,它采用面向执行体构件的层次异构建模思想,通过提供丰富的计算模型解决嵌入式系统的异构性问题,而执行体构件主要实现嵌入式系统的功能逻辑。为说明此建模设计策略的有效性,本文基于PtolemyⅡ平台,对典型嵌入式系统-MP3解码器进行建模仿真。MP3解码器的关键是提升解码速度,实现实时解码。目前的解决策略多为改进硬件芯片的解码算法,而本文采用改进的实时调度算法提升解码软件过程的并行执行效率,并以MP3解码器建模仿真为实例,验证其有效性及可执行性。主要研究工作如下：1.首先介绍本文的研究背景及选题意义；介绍MP 3解码器的工作原理及解码流程,为后面的建模仿真奠定基础；分析目前建模仿真平台的特点,说明PtolemyⅡ建模仿真平台的优势；并且详细介绍PtolemyⅡ面向执行体的层次异构设计思想以及建模仿真平台。2.针对PtolemyⅡ执行体库中已有执行体不能满足MP3解码器建模需要的问题,分析PtolemyⅡ中执行体的体系结构,总结执行体的端口、参数、公有方法的设计策略,以及将自定义执行体添加到Vergil库中的添加方法。并根据MP3解码器的建模仿真需求,设计频率反转执行体。3.为了提升系统执行的并行性,满足MP3解码器的实时解码需求,对现有实时调度算法进行改进,提出新的基于PTIDES执行策略的调度算法。4.基于PtolemyⅡ面向执行体的层次异构设计方法,遵循MP3解码器的解码流程,并针对实时解码需求,在PtolemyⅡ建模仿真平台下分别采用改进前后的调度算法实现MP3解码器系统模型。在此基础上对模型进行仿真测试,说明PtolemyⅡ设计方法学实现MP3解码器建模仿真的可行性；对比算法改进前后模型的解码时间,证明算法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 技术基础与工作原理
• 1.2.1 解码原理概述
• 1.2.2 预处理
• 1.2.3 比例因子解码
• 1.2.4 哈夫曼解码
• 1.2.5 反量化
• 1.2.6 立体声处理
• 1.2.7 重排序
• 1.2.8 混叠重建
• 1.2.9 逆离散余弦变换
• 1.2.10 频率反转与子带合成滤波
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第二章 Ptolemy Ⅱ建模仿真平台概述
• 2.1 引言
• 2.2 基于组件的设计思想
• 2.2.1 面向执行体的设计思想
• 2.2.2 面向对象与面向执行体的比较
• 2.3 执行体
• 2.3.1 复合执行体
• 2.4 Ptolemy Ⅱ的计算模型
• 2.4.1 同步数据流域
• 2.4.2 有限状态机域
• 2.4.3 PTIDES域
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于Ptolemy Ⅱ的MP3解码器的执行体设计
• 3.1 执行体的软件结构分析
• 3.1.1 数据传递
• 3.1.2 执行体的执行
• 3.2 执行体的设计分析
• 3.2.1 端口
• 3.2.2 参数
• 3.2.3 公有方法
• 3.2.4 时间
• 3.3 执行体的添加
• 3.3.1 修改Makefile文件
• 3.3.2 修改XML文件
• 3.4 频率反转执行体设计
• 3.4.1 参数和端口的定义
• 3.4.2 公有方法的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于PTIDES执行策略的MP3解码器调度算法设计
• 4.1 引言
• 4.2 目前存在的PTIDES调度算法
• 4.2.1 简单PTIDES调度算法
• 4.2.2 并行PTIDES调度算法
• 4.2.3 EDFPTIDES调度算法
• 4.3 ZSFPTIDES算法
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于Ptolemy Ⅱ的MP3解码器建模仿真实现
• 5.1 MP3解码器的建模设计
• 5.1.1 预处理模块
• 5.1.2 比例因子解码
• 5.1.3 哈夫曼解码
• 5.1.4 反量化
• 5.1.5 立体声处理
• 5.1.6 还原PCM值
• 5.2 仿真测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 硕士期间发表论文