可重构片上系统过程级软硬件协同设计编程模型研究

摘要

得益于集成电路制造技术与工艺的进步,可编程逻辑器件、微处理器和其它部件已经能够整合成一个高度集成复杂的可重构片上系统。由于面向可重构片上系统的设计方法滞后于器件技术的发展,所以提出了一种过程级的软硬件协同设计方法。过程级协同设计方法有效运转需要编程模型、硬件平台以及模块间的通信结构三个方面的支持,涉及的问题比较广泛。本文的主要工作是围绕过程级编程模型领域的软硬件透明编程需求问题而展开进行的,为了实现透明化编程,提高设计效率,主要完成了如下工作:
　　 首先,从编程模型的角度,给出了过程级软硬件协同设计方法的流程框架,明确了目标应用的描述、综合、运行环境三个阶段应该完成的任务。应用设计人员可以按照这一流程框架根据需求编写目标应用程序,并综合生成可在目标应用平台上运行的可执行程序。
　　 其次,设计了软硬件协同函数的内部结构以及相应各模块的实现方式,协同函数是过程级软硬件协同设计方法的基础,本文着重强调了协同函数接口方面的设计与规范约定,包括协同函数对外的统一接口约定和协同函数硬件实现方式的软件模式接口代码的设计。结合具体实例,给出了软硬件协同函数主要模块的设计与构造方法。
　　 然后,由于协同函数结构特殊,有软件和硬件两种完全不同的实现方式,所以设计了一个协同函数调度器,用于生成协同函数的约束信息。本文详细给出了协同函数调度器工作模型,约束信息组织格式和程序运行环境的修改实施方案,测试了调度器工作模型中关键部分的性能。
　　 最后,设计了一个简单原型系统,以便不断完善过程级协同设计方法。根据当前可重构片上系统的资源状况,使用了一个简单实例对过程级软硬件协同设计方法的编程模型进行了测试,从应用设计人员的角度验证了编程模型的可行性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 目的与意义

1.3 本文主要工作

1.4 本文的组织结构

第2章 相关研究综述及过程级协同设计方法框架

2.1 研究热点内容及现状

2.2 软硬件协同设计原型系统

2.3 可重构片上系统软硬件协同设计现状

2.4 过程级软硬件协同设计方法总体流程框架

2.4.1 目标应用的描述

2.4.2 目标应用综合

2.4.3 目标应用的运行时支持

2.5 小结

第3章 软硬件协同函数设计与实现

3.1 引言

3.2 协同函数结构

3.3 协同函数实现

3.3.1 协同函数实例简介

3.3.2 协同函数实例软件实现

3.3.3 协同函数实例硬件实现

3.4 实例测试结果与分析

3.4.1 实验环境

3.4.2 结果分析

3.5 小结

第4章 协同函数调度器设计

4.1 引言

4.2 调度器工作模型

4.2.1 软硬件执行方式决策

4.2.2 硬件执行方式位置布局约束

4.2.3 位置布局约束模块测试与分析

4.3 生成运行时约束文件

4.4 约束信息运行时注册

4.4.1 目标应用可执行程序文件格式

4.4.2 程序加载过程

4.4.3 符号解析工作机制

4.4.4 运行环境的修改

4.5 小结

第5章 原型系统设计

5.1 软硬件工具

5.2 环境搭建

5.3 协同设计方法测试

5.3.1 过程级协同设计方法与其它方法的比较

5.3.2 测试流程

5.4 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文和参与科研项目

致谢