SoC軟-硬件協(xié)同設計方法研究.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)與微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，硬件的集成度越來越高，這使得將CPU、存儲器和I/O設備集成到一個硅片上成為可能，SoC應運而生，并以其集成度高、可靠性好、產(chǎn)品問世周期短等特點逐步成為當前嵌入式系統(tǒng)設計技術(shù)的主流。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設計開發(fā)方法無法滿足SoC設計的特殊要求，這給系統(tǒng)設計人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)和機遇，因此針對SoC的設計方法學已經(jīng)成為當前研究的熱點課題。 論文首先分析了嵌入式系統(tǒng)設計的發(fā)展趨勢，論述了傳統(tǒng)設計開發(fā)

2、方法和工具的局限性，針對SoC設計技術(shù)的特點探究了SoC軟/硬件協(xié)同設計方法的流程，清晰地確定了設計開發(fā)過程中各個階段的任務和目的，并指出了SoC軟/硬件協(xié)同設計方法學中需要優(yōu)先解決的主要問題。采用“各個擊破”的思路，分別對SoC性能指標評價技術(shù)、SoC軟/硬件協(xié)同綜合方法、SoC軟/硬件協(xié)同驗證技術(shù)、SoC測試調(diào)度策略進行了深入研究，試圖建立一個SoC軟/硬件協(xié)同設計方法框架?；谏鲜鏊悸?，本文對SoC軟/硬件協(xié)同設計方法學展開了系統(tǒng)

3、、深入地理論研究和實驗分析，主要的貢獻與創(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)同設計方法和工具不足，重點研究了基于可重用技術(shù)的SoC設計特點，討論了設計開發(fā)過程中的難點問題，為設計開發(fā)SoC提供了依據(jù)，提出了一種SoC軟/硬件協(xié)同設計流程。該設計方法的基礎是IP核和軟件構(gòu)件庫，將可重用設計技術(shù)融入SoC的劃分、驗證、開發(fā)實現(xiàn)和測試等各個階段，同時還允許在系統(tǒng)實現(xiàn)以前評價和驗證系統(tǒng)設計的功能要求和性能指標，避免了系統(tǒng)

4、設計不當而產(chǎn)生的錯誤，達到了盡早糾錯、排錯的目的。 2)為了得到高品質(zhì)的SoC設計，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設計的主要性能指標，重點研究了成本、功耗、時間特性和硬件面積四個主要性能指標，并分別闡述了它們的分析和評價方法，為SoC的系統(tǒng)劃分、設計、驗證和測試奠定了基礎。 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上，重點研究了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)同綜合問題轉(zhuǎn)換為賦權(quán)有向圖的最優(yōu)路徑問題，通過改進的最優(yōu)路徑算法達到求解SoC設計最優(yōu)劃分方案的目的，降低了SoC軟/硬件協(xié)同綜合問題的難度，縮小了問題求解的工作量。該方法是一種自動化程度比較高的解決方案，適于SoC可重用設計特點，并且允許設計人員在軟件和硬件劃分過程中綜合評價和權(quán)衡SoC設計的功能需求和多種性能指標。 4)為了在開發(fā)實現(xiàn)之前盡早發(fā)現(xiàn)設計錯誤，

6、在分析了現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)軟/硬件協(xié)同驗證方法不足之處的基礎上，根據(jù)SoC的驗證級別，重點研究了SoC系統(tǒng)級軟/硬件形式化協(xié)同驗證方法，提出了一種基于時間著色Petri網(wǎng)的解決方案，可以將SoC設計結(jié)構(gòu)映射為Petri網(wǎng)模型，通過分析Petri網(wǎng)模型的屬性來達到驗證SoC設計的目的。該方法不僅可以驗證SoC設計的邏輯正確性，還能驗證其時間特性要求。 5)為了進一步縮短SoC的測試周期和降低開發(fā)成本，比較了SoC與傳統(tǒng)SoB的測試差異

7、，在分析了現(xiàn)有SoC測試調(diào)度方法不足之處的基礎上，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)線性規(guī)劃的SoC測試調(diào)度方法中繁瑣的線性化工作，效率更高，特別是當SoC測試規(guī)模大、復雜程度高時，能夠得到比整數(shù)線性規(guī)劃方法更優(yōu)的解，適合于測試復雜的SoC。 目前，國內(nèi)外研究機構(gòu)對SoC設計方法學的研究還處于發(fā)展階段，存在許多有待解決的問題。本文針對SoC軟/硬件協(xié)同設計方法學的性能指標評價、軟硬件劃分、系統(tǒng)級驗證、測