收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

可重构片上系统的软硬件协同设计方法研究

陈宇  
【摘要】:可重构片上系统(Reconfigurable System-on-Chip, RSoC)包含不同结构、不同功能的多种模块,形成一个异构多处理单元的系统结构,因而兼具了功能灵活和运算快速的特点。RSoC的系统功能既可以采用软件实现,也可以通过硬件完成,具体方案需根据系统的性能、功耗、成本等因素决定,这使得其设计过程必然是软硬件协同进行的,其中涉及的问题包括软硬件功能描述、软硬件划分、软硬件综合、软硬件模拟及验证等。另外,近年来,动态部分重构技术由于可实现对硬件资源的分时复用,在提高灵活性的同时降低系统成本,同样成为RSoC设计领域的研究热点。 针对当前面向RSoC的设计过程中自动化程度低、编程不透明、可重构资源难以有效利用等问题,并结合可编程器件能够根据应用需求动态配置芯片结构的特点,本文提出并实现了一套新的RSoC软硬件协同设计方法及工具,其中包括了以下几方面的成果: 1.提出了一种基于过程级编程模型的RSoC软硬件协同设计自动化方法:首先,通过构造RSoC的软硬件统一编程模型,确立了一种以软硬件协同函数(过程级)为基础的动态划分流程,并为系统设计人员搭建了易用的、图形化的集成开发环境。在编程模型的框架内,系统设计人员通过调用已根据应用特性进行优化的软硬件协同函数,即可利用高级语言完成系统功能描述。此后,动态软硬件划分算法在程序运行时对其进行划分,选择、调度需要转换到软件或硬件实现的协同函数,并通过动态链接器实时切换函数的运行方式,从而形成了一个由功能描述到系统实现的自动化流程。实验表明,该方法易于使用,且能够有效利用动态可重构资源对应用程序进行加速。 2.提出了一种搜索空间平滑技术结合离散粒子群算法的软硬件划分方法:通过使待划分任务(软硬件协同函数)的各参数值趋向平均值的策略,实现了对软硬件划分任务搜索空间的平滑操作。同时,将局部搜索与平滑力度相结合,在对原搜索空间渐进还原的过程中,离散粒子群算法将每次局部搜索到的最优解作为下一次搜索的起始解进行软硬件划分。实验结果表明,该方法可显著提高原局部搜索算法的求解质量,且在节点数较多的问题求解中速度优势明显,但时间复杂度与原局部搜索算法相同,因此,是一种解决软硬件划分中约束优化问题的有效方法。 3.提出了一种RSoC上动态部分重构技术的实现方法:通过将基于EAPR (Early-Access Partial Reconfiguration)的设计方法与PlanAhead工具相结合,完成了一套动态部分重构技术的实现流程。为验证其可行性及易用性,运用该方法分别对DES (Data Encryption Standard)加解密及音频滤波器系统两个应用实例进行了设计与实现。实验结果表明,采用基于EAPR的设计方法能够避免其他现有设计方法中的诸多限制,使系统设计变得更加灵活;在与PlanAhead工具相结合后,更简化了系统设计流程,提高了动态部分可重构系统的设计效率。同时,在系统中有效利用动态部分重构的技术优势,按实际应用的计算需求分时复用可重构资源,可明显提高系统资源的利用率、节省重构时间,因此,是解决系统性能、成本,以及功耗等问题的可靠选择。 4.提出了一种可重构硬件辅助的流数据管理系统(Data Stream Management System, DSMS):利用上述RSoC的设计方法及工具,设计并实现了一种基于硬件加速的流数据管理系统—Symbiote。首先,通过FPGA实现用于流数据处理的通用硬件加速器(Data Filter Unit, DFU)。 DFU可根据应用需求被设计成不同的数据查询处理器,然后被封装成硬件函数并置于针对DSMS应用开发的软硬件协同函数库中,供系统设计人员使用。在此基础上,依据查询网络的实时状态,软硬件划分算法将对系统功能描述中各查询操作的实现方式进行动态划分,从而配置不同的查询执行引擎组合。实验表明,使用软硬件协同作业的Symbiote系统在高速路收费查询应用中性能优越,其处理单个元组的平均时间仅为纯软件方式实现的1/4。由于硬件处理器能够对多个元组并行处理,该系统在应对高传输率的复杂流数据应用时性能优势将更为明显。同时,良好的系统性能也验证了本文提出的RSoC设计方法、软硬件划分算法,以及动态部分重构技术的实现方法具有可行性和高效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴伟,朱樟明;基于System C的多处理器片上系统软硬件协同仿真[J];电子质量;2004年08期
2 黄宏;唐晓燕;周晓方;闵昊;周电;;USB2.0主机控制器片上系统软硬件协同设计研究[J];计算机工程;2006年13期
3 田城;王勇;王东光;;基于软硬件协同的AFDX协议片上系统设计[J];电子技术应用;2010年03期
4 刘滔;李仁发;陈宇;刘彦;付彬;;基于过程级编程模型的软硬件协同设计框架[J];计算机工程;2010年04期
5 张繁 ,刘笃仁;SOC设计面对的技术挑战[J];今日电子;2004年12期
6 朱运航;李雪东;;基于IP核复用的SoC设计技术探讨[J];微计算机信息;2006年08期
7 来金梅,章勇,姚庆栋;视频编码器片上系统集成中软硬件协同设计方法的研究[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年06期
8 顾勤;;嵌入式系统的设计过程[J];景德镇高专学报;2006年02期
9 谢明;钱伟康;王力;;基于MicroBlaze处理器的液晶屏接口的设计与实现[J];仪表技术;2009年04期
10 汪婵婵;徐兴雷;;基于SystemC的嵌入式系统软硬件协同设计[J];科技信息;2010年34期
11 赵康,边计年,吴强,薛宏熙;C语言系统描述的HCDFG-II实现[J];计算机工程与科学;2005年04期
12 刘辉;罗文;;嵌入式系统和集成开发技术的应用[J];福建电脑;2006年02期
13 桑胜田;王进祥;赵新曙;;采用动态译码缓存的高速指令集模拟器[J];计算机工程;2006年18期
14 邢冀鹏;邹雪城;刘政林;陈毅成;;基于混沌优化算法的软硬件划分[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年11期
15 丁健;;基于软/硬件协同设计的嵌入式系统的性能测试[J];电子质量;2007年05期
16 王立松;李铁才;张晶;伍鸿健;;基于软硬件协同设计的数控系统的研制[J];组合机床与自动化加工技术;2007年09期
17 王瑞明;;SoC软硬件协同设计方法和技术简析[J];电子与封装;2009年12期
18 王泉;史维峰;田泽;;一种基于SystemC的系统级软硬件协同设计新模型[J];电子技术应用;2009年08期
19 陈芸;王遵彤;凌毅;;基于多代理系统的软硬件协同设计[J];计算机工程;2010年04期
20 刘威;丁岩松;徐学航;;嵌入式系统软硬件划分技术的研究[J];煤炭技术;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周旋;吴瑶;唐磊;李金城;;基于FPGA-USB-VB的软硬件协同设计[A];第二十四届中国(天津)2010’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2010年
2 周凯;施蕾;;软硬件协同设计卫星产品的应用初探[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
3 翟智博;刘鹏;张炜;郑德春;;基于DSP验证平台的MP3解码算法研究与实现[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
4 吴百锋;彭澄廉;孙晓光;;面向数据处理领域嵌入式系统在实时性约束条件下的软硬件划分[A];全国第十五届计算机科学与技术应用学术会议论文集[C];2003年
5 高丰;刘鹏;姚庆栋;;基于系统集成芯片的RTOS的软硬件划分算法的研究[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
6 赵康;边计年;吴强;薛宏熙;;C语言系统描述的HCDFG-Ⅱ实现[A];第三届中国测试学术会议论文集[C];2004年
7 宋志刚;张杰;;弹载嵌入式系统设计技术[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
8 马洪连;李栋;丁男;谢海潮;齐伟;魏战宇;;基于FPGA的多运动目标实时检测系统的研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第三分册)[C];2009年
9 罗娟;曹阳;李德识;;基于模式的SOC设计方法研究[A];2004年全国通信软件学术会议论文集[C];2004年
10 庄龙意;孙玲玲;马骏;严晓浪;;结合EDA工程实践 培养高素质创新型人才[A];跨入新世纪——电子信息类专业教学改革之路[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈宇;可重构片上系统的软硬件协同设计方法研究[D];湖南大学;2012年
2 汪斌;音频编解码算法及软硬件协同设计研究[D];浙江大学;2004年
3 王大伟;SoC软硬件协同设计中的高层映射技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 高丰;基于SOC的实时操作系统的研究[D];浙江大学;2002年
5 杨伟建;面向HDTV信源集成解码芯片的软硬件协同设计研究[D];浙江大学;2001年
6 徐元欣;有线数字电视信道接收芯片的实现研究[D];浙江大学;2003年
7 陈晓毅;数字广播接收机的软件无线电研究[D];浙江大学;2005年
8 张鲁峰;软硬件协同综合及虚拟微处理器技术研究[D];国防科学技术大学;2002年
9 徐晓飞;基于软硬件协同的机群互连系统通信协议的研究[D];西北工业大学;2004年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑刚;基于多目标优化的SoC软硬件划分技术研究[D];武汉大学;2004年
2 罗钢;SOPC技术在雷达目标识别系统设计中的应用[D];国防科学技术大学;2004年
3 柴红刚;基于SoPC的光纤通道控制器的设计及FC-2层实现[D];华中科技大学;2007年
4 徐海涛;基于SOPC的软硬件划分算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
5 邹春杰;基于软硬件协同设计平台ECNUX的并行FFT设计[D];华东师范大学;2005年
6 陈华宏;64位高性能微处器系统功能验证方法的研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
7 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
8 邓婷;基于UML和SystemC的软硬件协同设计研究[D];武汉理工大学;2007年
9 夏楠;面向嵌入式系统的软硬件协同设计划分方法研究[D];辽宁大学;2011年
10 王燕;基于OpenRISC的音频解码器软硬件协同设计[D];浙江大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 风河系统公司资深副总裁 Vincent Rerolle;解决软硬件协同设计[N];中国电子报;2010年
2 魏少军;软硬件协同设计[N];中国电子报;2002年
3 丘文;Marvell推出最新片上系统设备[N];中国电子报;2008年
4 记者  李映;多媒体市场变数丛生 半导体厂商灵活应对[N];中国电子报;2006年
5 ;比前一代器件快30%[N];中国计算机报;2006年
6 北京中电华大电子设计有限责任公司 郑赟;消费类电子有“芯”事[N];计算机世界;2005年
7 ;德州仪器推出最新VoIP片上系统[N];人民邮电;2006年
8 ;谁可分得SOC这杯羹[N];计算机世界;2003年
9 清华大学计算机系设计 自动化实验室 董社勤;规划与布局[N];计算机世界;2005年
10 南京邮电学院 李建忠;C#编程模型简介[N];计算机世界;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978