基于多性能指标评价的SoC软硬件划分方法研究

论文摘要

嵌入式系统的诞生,标志着一个新的时代的到来。目前,嵌入式系统已被广泛地应用于包括航空航天、武器装备、通信设备、工业控制、个人电子产品等在内的各个领域,形成了巨大的产业。随着嵌入式系统与微电子技术的飞速发展,硬件的集成度越来越高,这使得将CPU,存储器和I/O设备集成到一个硅片上成为可能,SoC(System on Chip)应运而生,并以其集成度高、可靠性好、产品问世周期短等特点逐步成为当前嵌入式系统设计技术的主流。传统的嵌入式系统设计开发方法中的弊端使其已无法满足当代SoC设计的特殊要求,这给系统设计人员带来了巨大的挑战和机遇,因此针对SoC的嵌入式系统设计方法学已经成为当前研究的热点课题,嵌入式软硬件协同设计方法学应运而生。而软硬件划分又是软硬件协同设计的重要环节,因此,研究SoC设计中的软硬件划分方法,找到一种合理的系统描述模型,提出划分算法并对其进行优化改进,将有十分重要的理论及应用价值。本文针对存在多种因素影响嵌入式系统综合性能的实际情况,详细分析了影响嵌入式系统性能的各项性能指标,引入了一种基于多性能指标评价的软硬件协同划分思想。利用SoC可重用的特性,将IP核复用及软件构件重用引入到软硬件划分算法当中。通过功能模块层的抽象,将复杂的嵌入式系统构成映射到图论中的DAG(Direct Acyclic Graph)之上。引入了性能指标优先级的概念,通过在算法中加入对给定的参数数据预先处理及运筹学中分支定界的思想,对条件遍历算法进行了优化,并通过实验证明了此算法求解收敛速度较之原算法更优。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外相关研究进展情况
• 1.3 课题的来源及研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题的主要研究内容
• 第2章 软硬件协同设计技术
• 2.1 概述
• 2.1.1 需要解决的问题分析
• 2.1.2 软硬件协同对 SoC 开发的关键作用研究
• 2.1.3 软硬件协同设计的一般实现方法
• 2.2 系统任务描述
• 2.3 系统结构设计
• 2.4 软硬件协同综合过程分析
• 2.4.1 软硬件协同综合的一般设计步骤
• 2.4.2 软硬件协同综合方法发展过程及存在的缺陷
• 2.5 软硬件协同仿真验证
• 2.5.1 引言
• 2.5.2 仿真
• 2.5.3 验证
• 2.5.4 现有的软硬件协同仿真验证方法
• 2.6 几种常见的软硬件协同设计方法分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 软硬件划分方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 软硬件划分的概念
• 3.3 软硬件划分方法涉及的主要方面的研究
• 3.3.1 系统建模
• 3.3.2 目标体系结构
• 3.3.3 优化目标
• 3.3.4 软硬件划分算法
• 3.3.5 性能分析
• 3.4 软硬件划分方法中存在问题的分析
• 3.4.1 抽象的层次
• 3.4.2 划分粒度问题
• 3.4.3 系统中元件的分配
• 3.4.4 指标和评估问题
• 3.4.5 划分算法问题
• 3.4.6 可重配置计算
• 3.5 软硬件划分算法研究情况及待解决问题的分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于多性能指标评价的 SoC 软硬件划分方法
• 4.1 引言
• 4.2 SoC 主要性能指标分析
• 4.2.1 系统功耗
• 4.2.2 系统成本
• 4.2.3 硬件面积
• 4.2.4 执行时间
• 4.3 SoC 系统描述模型的建立
• 4.3.1 IP 核
• 4.3.2 软件构件
• 4.3.3 SoC 系统建模
• 4.4 划分算法理论支持分析
• 4.5 算法提出及原理分析
• 4.5.1 原算法简介
• 4.5.2 改进后的算法描述
• 4.5.3 两种算法的原理对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 算法验证及结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 算法验证及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢