SoC軟-硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)與微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，硬件的集成度越來(lái)越高，這使得將CPU、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備集成到一個(gè)硅片上成為可能，SoC應(yīng)運(yùn)而生，并以其集成度高、可靠性好、產(chǎn)品問(wèn)世周期短等特點(diǎn)逐步成為當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的主流。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方法無(wú)法滿(mǎn)足SoC設(shè)計(jì)的特殊要求，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，因此針對(duì)SoC的設(shè)計(jì)方法學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。 論文首先分析了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，論述了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

2、方法和工具的局限性，針對(duì)SoC設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)探究了SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的流程，清晰地確定了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中各個(gè)階段的任務(wù)和目的，并指出了SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法學(xué)中需要優(yōu)先解決的主要問(wèn)題。采用“各個(gè)擊破”的思路，分別對(duì)SoC性能指標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)、SoC軟/硬件協(xié)同綜合方法、SoC軟/硬件協(xié)同驗(yàn)證技術(shù)、SoC測(cè)試調(diào)度策略進(jìn)行了深入研究，試圖建立一個(gè)SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法框架。基于上述思路，本文對(duì)SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法學(xué)展開(kāi)了系統(tǒng)

3、、深入地理論研究和實(shí)驗(yàn)分析，主要的貢獻(xiàn)與創(chuàng)新之處包括： 1)為了克服傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法和工具不足，重點(diǎn)研究了基于可重用技術(shù)的SoC設(shè)計(jì)特點(diǎn)，討論了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)SoC提供了依據(jù)，提出了一種SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)流程。該設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)是IP核和軟件構(gòu)件庫(kù)，將可重用設(shè)計(jì)技術(shù)融入SoC的劃分、驗(yàn)證、開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)和測(cè)試等各個(gè)階段，同時(shí)還允許在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以前評(píng)價(jià)和驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求和性能指標(biāo)，避免了系統(tǒng)

4、設(shè)計(jì)不當(dāng)而產(chǎn)生的錯(cuò)誤，達(dá)到了盡早糾錯(cuò)、排錯(cuò)的目的。 2)為了得到高品質(zhì)的SoC設(shè)計(jì)，分析了現(xiàn)有嵌入式電子產(chǎn)品的性能需求，總結(jié)了可重用SoC設(shè)計(jì)的主要性能指標(biāo)，重點(diǎn)研究了成本、功耗、時(shí)間特性和硬件面積四個(gè)主要性能指標(biāo)，并分別闡述了它們的分析和評(píng)價(jià)方法，為SoC的系統(tǒng)劃分、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。 3)為了獲得嵌入式電子產(chǎn)品軟件和硬件的最優(yōu)劃分，在分析了現(xiàn)有軟/硬件協(xié)同綜合算法不足之處的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了SoC軟/硬件協(xié)

5、同綜合方法的特殊要求，提出了一種基于圖論的解決方案，將SoC軟/硬件協(xié)同綜合問(wèn)題轉(zhuǎn)換為賦權(quán)有向圖的最優(yōu)路徑問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)的最優(yōu)路徑算法達(dá)到求解SoC設(shè)計(jì)最優(yōu)劃分方案的目的，降低了SoC軟/硬件協(xié)同綜合問(wèn)題的難度，縮小了問(wèn)題求解的工作量。該方法是一種自動(dòng)化程度比較高的解決方案，適于SoC可重用設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并且允許設(shè)計(jì)人員在軟件和硬件劃分過(guò)程中綜合評(píng)價(jià)和權(quán)衡SoC設(shè)計(jì)的功能需求和多種性能指標(biāo)。 4)為了在開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)之前盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，

6、在分析了現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)軟/硬件協(xié)同驗(yàn)證方法不足之處的基礎(chǔ)上，根據(jù)SoC的驗(yàn)證級(jí)別，重點(diǎn)研究了SoC系統(tǒng)級(jí)軟/硬件形式化協(xié)同驗(yàn)證方法，提出了一種基于時(shí)間著色Petri網(wǎng)的解決方案，可以將SoC設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)映射為Petri網(wǎng)模型，通過(guò)分析Petri網(wǎng)模型的屬性來(lái)達(dá)到驗(yàn)證SoC設(shè)計(jì)的目的。該方法不僅可以驗(yàn)證SoC設(shè)計(jì)的邏輯正確性，還能驗(yàn)證其時(shí)間特性要求。 5)為了進(jìn)一步縮短SoC的測(cè)試周期和降低開(kāi)發(fā)成本，比較了SoC與傳統(tǒng)SoB的測(cè)試差異

7、，在分析了現(xiàn)有SoC測(cè)試調(diào)度方法不足之處的基礎(chǔ)上，提出了一種基于遺傳算法的解決方案。該方法避免了常用的基于整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃的SoC測(cè)試調(diào)度方法中繁瑣的線(xiàn)性化工作，效率更高，特別是當(dāng)SoC測(cè)試規(guī)模大、復(fù)雜程度高時(shí)，能夠得到比整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃方法更優(yōu)的解，適合于測(cè)試復(fù)雜的SoC。 目前，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究還處于發(fā)展階段，存在許多有待解決的問(wèn)題。本文針對(duì)SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法學(xué)的性能指標(biāo)評(píng)價(jià)、軟硬件劃分、系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證、測(cè)