【摘要】： 嵌入式系統(tǒng)通常是完成特定功能的軟件和硬件的集合，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設計方法中，軟硬件設計過程的割裂導致了低質量的設計方案和開發(fā)進程的拖延，現有設計方法已經不能滿足嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的需求。 軟硬件協同設計是一種新的設計方法。軟硬件協同設計協調軟硬件開發(fā)過程并行開展，一方面可以縮短設計周期，極大地提高設計效率。另一方面可以根據系統(tǒng)各個部分的特點和設計約束，，選擇軟件或者硬件實現方式，得到高性能，低成本的優(yōu)化設計方案。本文的主要研究了系統(tǒng)軟硬件協同設計中的若干關鍵技術，包括：系統(tǒng)模型、設計評價技術、軟硬件協同綜合和嵌入式微處理器虛擬原型技術。 針對有固定周期約束的計算密集型嵌入式系統(tǒng)，本文提出了帶時間約束的任務流圖模型(TTG)，為軟硬件協同綜合綜合和評價研究奠定了良好的基礎。TTG模型中以任務作為設計的基本粒度，本文指出了任務劃分問題的重要性，并提出了基于系統(tǒng)行為對象關系度量進行任務劃分的方法。 文中通過分析完全點和二分點的情況，提出了兩個合并準則，對于C.J.Tseng提出的、目前使用廣泛的基團剖分算法進行了改進。經模擬測試表明，新算法明顯提高了劃分質量。 軟硬件協同綜合決定系統(tǒng)功能在軟硬件實現結構上的分配，是軟硬件協同設計的核心問題。本文提出了基于改進遺傳算法解決軟硬件協同綜合問題的新方法，基于TTG模型，該方法能夠實現多并發(fā)任務流在多處理單元結構上的映射。對于遺傳算法的若干改進明顯提高了綜合算法的速度、穩(wěn)定性和適應性。 在對現有性能評價方法的深入對比研究和對軟硬件協同設計中調度問題分析的基礎上，本文提出了基于動態(tài)關鍵路徑優(yōu)先調度進行系統(tǒng)層性能評價的方法，實驗表明該方法優(yōu)于其它幾種調度算法。 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，本文介紹了面向嵌入式微處理器的虛擬原型工具——VCPU的設計和實現。同其它微處理器仿真工具相比，該工具具有多層次，可配置，功能全面的特點。 軟硬件協同設計強調設計進程的并行化和協作化，該設計方法需要相應輔助設計環(huán)境的支持。本文介紹了我們開發(fā)的支持軟硬件協同設計方法的并行設計環(huán)境——YH-CDE，該設計環(huán)境以集成框架為核心，支持嵌入式系統(tǒng)多層次的建模與仿真。 最后，對于研究工作進行了總結，并指出了今后的研究方向。 本文的研究成果對于推動軟硬件協同設計技術的發(fā)展和應用有重要的理論意義和實踐意義。
【圖文】：

了=<v了，t1>和輸出事件。2二<vZ，t2>，都有t2>t了。將任務點火時間和輸出事件產生時間之間的差作為任務運算時間(computationtime)。我們假定任務在某處理單元上的運算時間為一個常數。圖2.10表明了任務的點火以及任務處理在事件時間標記上的反應。任務流圖的每次運行，都從初始節(jié)點start啟動，稱為任務流圖的點火，Start節(jié)點標記了任務流圖的開始時間。每個僅以Start為前向節(jié)點的任務在任務流圖點火后就可以點火運行。當所有的節(jié)點運行完畢后，end.節(jié)點的輸入事件集到齊標記任務流圖的一次運行完成。定義任務流圖的運行時間或者反應時間為從Start節(jié)點點火到end節(jié)點完成所需要的時間。為任務流圖定義一個周期period(或者被稱為速率約束)，該周期確定了每兩次任務啟動之間的時間間隔。為任務流圖定義一個完成時限(deadiine)，該時限規(guī)定了從設計允許的任務流圖最長反應時間。若任務在某種實現上的反應時間都小于這個時限，則稱該任務流圖滿足時限約束。任務流圖的周期和時限一般是由嵌入式系統(tǒng)的外界因素所限定的設計約束。比如在動態(tài)視頻播放中，為保證用戶不覺察到圖像停頓，要求視頻解碼器能在0.03秒內處理一幀圖像

優(yōu)化過程中任務流圖運算時間:TIME(s)變化對比
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2002
【分類號】：TP332

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本文編號：2648389