一种基于过程级编程模型的可重构片上系统设计方法

可重构片上系统是一种兼具功能灵活性与高运算速度的新型计算平台,是面向未来嵌入式应用市场复杂需求的技术解决方案,但复杂、困难的设计过程必将阻碍它的广泛应用与进一步发展.针对当前可重构片上系统设计过程中编程不透明、可重构资源难以有效利用等问题,结合可编程器件能够根据应用特性动态配置芯片体系结构的特点,提出并实现了一套基于过程级透明编程模型的软硬件协同设计方法.在编程模型框架内,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库,即可利用高级语言完成系统功能描述;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库函数,并通过动态链接器实时切换函数的运行方式,从而形成一个由功能描述到系统实现的自动化流程.实验及测试结果验证了该方法的可行性和高效性.     

可重构片上系统设计流程中的动态重构问题研究

近年来,可重构片上系统已成为科学研究及嵌入式应用领域中应对复杂计算需求的有效技术解决方案.针对目前缺少一个从系统级设计到应用实现,统一、综合规划动态重构问题的系统设计流程,以及动态重构过程对系统设计人员不透明等问题,在系统设计层给出了一种过程级软硬件统一编程模型.在此框架内,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;在细节设计层提出了基于单位面积加速比的软硬件任务调度算法,实时管理动态可重构资源;在应用实现层,以可重构专用图形加速卡为原型系统,论述动态可重构系统实现中的关键技术.实验及测试结果验证了通过将动态重构问题置于整个系统设计流程中予以考虑,能够达到提升系统开发效率之目的.     

一种基于RSOC的软硬件协同设计方法研究

针对可重构片上系统(RSOC)应用设计复杂、编程困难的问题,提出了一种软硬件协同设计方法。该方法整体框架基于特定功能模块的软硬件协同函数。给出了方法的基本流程、涉及的关键技术及实现方式,并验证了关键部分的设计方案及可行性。该方法为目标应用设计人员屏蔽了特定功能模块的软硬件实现细节,提高了基于RSOC应用的运行效率和灵活性。     

支持硬件透明编程模型的动态可重构系统的设计与实现*

以Java作为可重构系统描述语言,提出了一种方法级的硬件透明编程模型,给出了硬件方法封装方式和软硬件方法动态链接过程。程序设计者调用软件方法进行应用开发,虚拟机根据软硬件划分结果动态加载并链接相应的硬件方法,从而达到简化编译器和综合工具以及屏蔽底层物理细节的目的。实验结果表明上述编程模型能够支持硬件透明编程,同时系统性能得到了明显的改善。     

基于动态数据流图的嵌入式系统设计

该文提出一种嵌入式系统软硬件协同设计方法,它以动态数据流图为系统模型对嵌入式系统的功能和性能需求进行描述,由此提供强大的描述、分析能力及可接受的实现规模.通过一种特定的实现结构,以及数据通路的自动综合和实现代码框架的自动生成,设计工作的主体部分可以被有效分解为一系列独立设计任务,能缩短设计周期并提高设计工作的可重用性。     

支持过程级动态软硬件划分的RSoC设计与实现

目前,可重构计算平台所支持的动态软硬件划分粒度多处于线程级或指令级,但线程级划分开销太大,而指令级划分又过于复杂,因此很难被用于实际应用之中。本文设计并实现了一种支持过程级动态软硬件划分的可重构片上系统(RSoC),提出了一种过程级硬件透明编程模型,给出了过程级的硬件封装方案;在分析软硬件过程根本区别的基础上,针对硬件过程开发了专门的管理模块,并利用部分动态重构等技术,实现了硬件过程的动态配置。实验表明该系统能够较好的支持过程级的动态软硬件划分,实现了节省资源、简化设计,提高性能等目的。     

装备论证协同决策支持系统的设计与实现

为改善我军现行的武器装备论证工作的不足,分析总结装备论证实践中存在的问题,借鉴先进的协同技术及协同环境建设经验,提出自主研发适合我军论证工作的协同决策支持系统。经过对系统功能需求的分析,构建系统体系框架,指出主要功能模块,并由粗到细地对各个功能模块进行了分析与设计,主要以流程图的方式对各模块进行描述。在软硬件环境的支持下开发并实现了该装备论证协同决策支持系统。     

支持动态可重构的软/硬件统一多线程编程模型

针对可重构系统中的数据流驱动应用,提出支持动态可重构的软/硬件统一多线程编程模型SHUMDR及其层次化实现.通过硬件线程接口设计、操作系统内核扩展,便于设计人员以统一的线程视图描述应用的软硬件划分.以数据加密/解密为例进行测试的结果表明,统一线程抽象带来的时间开销和空间资源占用率较小,该模型在探索编程灵活性的同时,能够有效地兼顾硬件的效率.     

面向企业应用的协同集成框架

针对企业协同应用开发的需要 ,提出并实现了一个开放性协同集成框架。该框架采用多层Client/Server结构 ,基于CORBA构件标准 ,并支持其他的构件标准和通讯标准 (如SOCKET)的集成。在服务器端 ,采用层次化构件模型为企业协同应用提供通用的协同支持构件 ,便于框架及其服务构件的复用。在客户端 ,通过白盒集成和黑盒集成相混合的集成方式 ,为操作人员提供了透明的工具集成接口和高级的服务访问编程接口 ,使在Windows环境下的各种应用工具 ,不须进行编程开发就可以便捷地集成到协同框架中 ,并实现对后台服务构件的访问。     

一种基于监测的嵌入式系统设计技术

提出一种嵌入式系统软硬件协同设计方法，它以数据流图为系统模型对嵌入式系统的功能和性能需求进行描述，并通过一种特定的实现结构，使得设计者可以借助快速样机平台和事件驱动式监测技术来精确测定目标系统对系统模型的实现状况，从而使得软硬件协同设计过程特别是系统优化和性能验证能在精确、可靠的测试数据基础上进行．同目前通常使用的以软硬件部件性能估算为基础的软硬件协同设计方法相比，这种以测试为基础的设计技术更能确保设计结果的合理．     

The AXIOM platform for next-generation cyber physical systems

Cyber-Physical Systems (CPSs) are widely used in many applications that require interactions between humans and their physical environment. These systems usually integrate a set of hardware-software components for optimal application execution in terms of performance and energy consumption. The AXIOM project (Agile, eXtensible, fast I/O Module), presented in this paper, proposes a hardware-software platform for CPS coupled with an easy parallel programming model and sufficient connectivity so that the performance can scale-up by adding multiple boards. AXIOM supports a task-based programming model based on OmpSs and leverages a high-speed, inexpensive communication interface called AXIOM-Link. The board also tightly couples the CPU with reconfigurable resources to accelerate portions of the applications. As case studies, AXIOM uses smart video surveillance, and smart home living applications.     

Software development for high-performance, reconfigurable, embedded multimedia systems

Reconfigurable platforms can be very effective for lowering production costs because they allow the reuse of architecture resources across a variety of applications. We show how to program a reduced-instruction-set-computing (RISC) microprocessor with a reconfigurable functional unit, focusing on DSP applications and using the example of a turbodecoder. We have developed a complete design flow, including a methodology and compilation tool chain, to address the instruction set hardware-software codesign problem for a processor with a runtime reconfigurable unit. The flow starts from a system-level specification (usually a software program) of the application and partitions it into software and hardware domains to achieve the best speed, power, and area performance, while satisfying resource constraints imposed by the target platform architecture. We describe a methodology and a set of tools that allow extensive design exploration for hardware-software codesign with the goal of improving the overall utilization of reconfigurable multimedia platforms.     

一种编译时估计基本块在可重构器件上运行时间的方法

为在编译过程中快速、准确地计算一段程序直接采用硬件方式实现的执行时间,给软硬件代码划分提供更具指导性的信息.本文提出基于IP核的代码转换机制和一种通用可重构器件描述方法,以及在编译时基于二者计算一个基本块在可重构硬件上运行时间的方法.实验结果表明,虽然为减少编译过程中硬件综合以及布局布线的工作量而采用一些近似和假设,但同Xilinx ISE中Time Analyzer工具的分析结果相比,文中方法的平均计算误差为2.9%,最大误差为8.2%.     

基于SOA的动态服务集成与调度网格模型

针对在动态分布的网格环境中实现服务组件的动态选择和集成问题,提出基于SOA动态服务集成与调度系统DISS。引入组态和动态重构思想,给出DISS实现框架和方法,使网格应用的组态可以动态调整,实现服务组件的动态绑定,对该系统进行建模和原型实现,为建立面向服务架构的网格应用提供新的设计思想和实现方法。     

Design of the B 5000 System

Computing systems have conventionally been designed via the 'hardware' route. Subsequent to design, these systems have been handed over to programming systems people for the development of a programming package to facilitate the use of the hardware. In contrast to this, the B 5000 system was designed from the start as a total hardware-software system. The assumption was made that higher level programming languages, such as ALGOL, should be used to the virtual exclusion of machine language programming, and that the system should largely be used to control its own operation. A hardware-free notation was utilized to design a processor with the desired word and symbol manipulative capabilities. Subsequently this model was translated into hardware specifications at which time cost constraints were considered.     

Programming dynamic reconfigurable systems

International Journal on Software Tools for Technology Transfer - DR-BIP is an extension of the BIP component framework intended for programming reconfigurable systems encompassing various aspects...     

一种包解析器硬件配置描述语言及其编译结构

本文设计一种用于实现可重构网络数据包解析器的专用硬件配置描述语言P3.由于要有利于高安全等级网络的实现,我们侧重于从高可信性角度进行语言设计,包括形式化定义该语言的类型系统和操作语义,以及设计其可信编译结构.基于对可重构硬件基本需求的充分理解,本文从软硬件协同角度出发,最终明确了P3语言的核心特性及其编译器P3C的可信编译结构.由于可重构数据包解析器是软件定义网络（SDN）、可编程数据平面的重要一环,因此实现P3C的可信编译结构将对SDN的安全性有着重大意义.期待P3C项目的开展,能促进网络与形式化领域相关工作的进一步研究.