不同约束的可重构片上系统软硬件划分算法研究

摘要

可重构片上系统作为一种灵活、高效、高可靠的嵌入式系统，一经出现，就得到了开发人员的认可。可重构片上系统被广泛应用于对灵活性和可靠性要求较高的嵌入式系统设计中。特别是对于系统功能需要动态变化的实际应用，这种灵活和可靠的要求更加强烈，因此在深海深空探测、国防安全、系统加密、嵌入式系统等各方面拥有广阔的应用前景。嵌入式系统设计中，通常采用软硬件协同设计的方法，而其中软硬件划分这一步骤尤为重要，是目前研究的热点之一。本文针对可重构片上系统对不同约束条件的软硬件划分问题进行研究，主要完成了以下几个方面工作:
　　 第一，构建出可重构片上系统的硬件模型，针对两种不同约束的软硬件划分构建出不同的计算模型。采用有向无环图建立模型，但对具体问题考虑不同的粒度和影响因素。
　　 第二，提出一种带有面积约束的软硬件划分算法。该算法将贪婪算法和模拟退火算法相混合，构造出考虑单位硬件面积加速比和通信时间开销的混合算法。利用单位硬件面积加速比作为贪婪算法的筛选标准，更加科学合理，而在细粒度的软硬件划分中，考虑通信时间开销更接近于实际情况。实验表明，本文所提出的混合算法与单独使用贪婪算法或模拟退火算法相比，不增加算法复杂度，具有更高的性能。
　　 第三，提出一种带有时间约束的软硬件划分算法。该算法采用粗粒度进行划分，对于非树型结构的有向无环图进行合并，使之转化为树型结构，并利用动态规划方法，求得划分算法的最优解。
　　 在上述三方面工作的基础上，搭建了一个验证算法的原型系统，并对算法的可行性和性能进行了验证。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究动机

1．3 课题来源

1．4 本文的主要工作

1．4．1 问题的提出

1．4．2 研究目标

1．4．3 完成的工作

1．5 本文的组织

第2章 基本原理及相关研究

2．1 软硬件划分问题概述

2．1．1 软硬件划分定义

2．1．2 系统描述

2．1．3 粒度选择

2．1．4 软硬件协同函数

2．2 硬件体系结构

2．3 片上系统软硬件划分相关研究

2．4 小结

第3章 针对面积约束的软硬件划分算法

3．1 面积约束的计算模型

3．2 贪婪算法

3．3 模拟退火算法

3．4 贪婪模拟退火算法

3．5 实验及性能分析

3．6 小结

第4章 针对时间约束的软硬件划分算法

4．1 时间约束的计算模型

4．2 针对树型结构划分问题的动态规划算法

4．3 仿真实验与分析

4．4 小结

第5章 原型系统搭建

5．1 硬件平台

5．2 开发工具

5．3 软硬件协同函数库原型系统搭建

5．3．1 软硬件工具

5．3．2 环境搭建

5．4 小结

结论

参考文献

附录A 读研期间发表学术论文和参与科研项目

附录B 程序部分源代码

致谢