北航國家精品課程嵌入式系統(tǒng)Chap嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法

1、 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法2006年4月21日 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容n嵌入式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)嵌入式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)n嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計n嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計n嵌入式系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計嵌入式系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計CC1991（92個主領(lǐng)域）個主領(lǐng)域） CC2001（14個主領(lǐng)域）個主領(lǐng)域） 離散數(shù)學（預(yù)備知識）離散結(jié)構(gòu)（DS）程序設(shè)計語言引論程序設(shè)計基礎(chǔ)（程序設(shè)計基礎(chǔ)（PF）算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法與復(fù)雜性（算法與復(fù)雜性（AL）計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（AR）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（OS）網(wǎng)絡(luò)計算（網(wǎng)絡(luò)計算（NC）程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言（程序設(shè)計語言（P

2、L）人機通信人機交互（HC）圖形學和可視化計算（GV）人工智能與機器人學智能系統(tǒng)（IS）數(shù)據(jù)庫與信息檢索信息管理（IM）軟件方法學與工程軟件工程（軟件工程（SE）社會、道德和職業(yè)的問題社會和職業(yè)的問題（SP）數(shù)值與符號計算科學計算（SC）IEEE/ACM 課程大綱關(guān)于計算機學科主領(lǐng)域的劃分課程大綱關(guān)于計算機學科主領(lǐng)域的劃分嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)n嵌入式系統(tǒng): 以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗諸方面嚴格要求的靠性、成本、體積、功耗諸方面嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。專用

3、計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)特點嵌入式系統(tǒng)特點嵌入式系統(tǒng)特點：嵌入式系統(tǒng)特點：n 軟件硬件協(xié)同并行開發(fā)軟件硬件協(xié)同并行開發(fā)n 多種多樣的微處理器多種多樣的微處理器n 實時操作系統(tǒng)的多樣性實時操作系統(tǒng)的多樣性 (RTOS)(RTOS)n 與臺式機相比，可利用系統(tǒng)資源不足與臺式機相比，可利用系統(tǒng)資源不足n 應(yīng)用支持很少應(yīng)用支持很少n 要求特殊的開發(fā)工具要求特殊的開發(fā)工具n 調(diào)試很困難調(diào)試很困難n 軟件硬件的魯棒性（健壯性，軟件硬件的魯棒性（健壯性，RobustRobust）嵌入式系統(tǒng)要解決的主要問題嵌入式系統(tǒng)要解決的主要問題 n需要用什么樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)？需要用什么樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)？ n如何滿足時限

4、要求，如何處理多項功能在時間上的協(xié)如何滿足時限要求，如何處理多項功能在時間上的協(xié)調(diào)一致關(guān)系？調(diào)一致關(guān)系？n如何保證系統(tǒng)可靠地工作？如何保證系統(tǒng)可靠地工作？n如何滿足系統(tǒng)接口要求，嵌入式應(yīng)用直接和系統(tǒng)接口如何滿足系統(tǒng)接口要求，嵌入式應(yīng)用直接和系統(tǒng)接口輸入輸出信息？輸入輸出信息？n如何降低系統(tǒng)的功耗？如何降低系統(tǒng)的功耗？ n如何使系統(tǒng)可升級？如何使系統(tǒng)可升級？ 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)性問題嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的挑戰(zhàn)性問題 n軟硬件協(xié)同設(shè)計軟硬件協(xié)同設(shè)計 n功耗的優(yōu)化設(shè)計功耗的優(yōu)化設(shè)計n嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)n開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境 n成本和開發(fā)周期成本和開發(fā)周期n代碼優(yōu)化代碼優(yōu)化 n高效的輸入和輸出高效的

5、輸入和輸出n測試環(huán)境測試環(huán)境 嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)面臨的幾大問題嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)面臨的幾大問題n嵌入式軟件全生命周期開發(fā)工具鏈嵌入式軟件全生命周期開發(fā)工具鏈n硬件與軟件的硬件與軟件的Co-Design: VerilogCo-Design: Verilog + C = ? + C = ?n驅(qū)動程序的設(shè)計和生成技術(shù)（嵌入式軟件開發(fā)中驅(qū)動程序的設(shè)計和生成技術(shù)（嵌入式軟件開發(fā)中最令人頭疼的問題）最令人頭疼的問題）n嵌入式軟件的可靠性問題嵌入式軟件的可靠性問題: : 正確性驗證技術(shù)、測正確性驗證技術(shù)、測試技術(shù)、調(diào)試技術(shù)等（可靠性問題是嵌入式軟件試技術(shù)、調(diào)試技術(shù)等（可靠性問題是嵌入式軟件開發(fā)的基本問題）開

6、發(fā)的基本問題）n可重構(gòu)計算（可重構(gòu)計算（Reconfigurable ComputingReconfigurable Computing）技術(shù)）技術(shù)n可構(gòu)件化的嵌入式實時操作系統(tǒng)及其開發(fā)環(huán)境可構(gòu)件化的嵌入式實時操作系統(tǒng)及其開發(fā)環(huán)境問題問題：功 能 、 性能要求價 格 、 開發(fā) 周 期 等約束設(shè)計：設(shè)計： 選擇 折衷 分析比較 計算 評價嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法方法工具工具設(shè)計流程設(shè)計流程自頂向下或自底向上設(shè)計自頂向下或自底向上設(shè)計需求需求設(shè)計說明設(shè)計說明體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計構(gòu)件設(shè)計系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成自頂向下設(shè)計自底向上設(shè)計需求分析n作用作用n使用戶和設(shè)計者有效

7、交流、溝通，明確設(shè)計目標使用戶和設(shè)計者有效交流、溝通，明確設(shè)計目標n設(shè)計者設(shè)計者 設(shè)計什么？有哪些要求？設(shè)計什么？有哪些要求？n用戶用戶 將得到的系統(tǒng)是什么樣的？將得到的系統(tǒng)是什么樣的？n目標目標n形成需求文檔形成需求文檔n內(nèi)容內(nèi)容n功能性需求功能性需求 做什么？做什么？n輸入輸入, ,輸出輸出, ,功能，功能，n非功能性需求非功能性需求 其他屬性其他屬性n可靠性，速度，功耗，可靠性，速度，功耗，n成本成本, ,大小大小, ,重量重量, ,設(shè)計時間，設(shè)計時間， 評價標準n正確性n無二義性n完整性n可檢驗性n一致性n可修改性n可追蹤性需求分析的描述n自然語言n需求說明書n需求分析表n形式化描述n

8、用例圖等nDOORS例：GPS移動地圖的需求 規(guī)格說明n規(guī)格說明與需求的比較n需求的提煉n是可用來創(chuàng)建體系結(jié)構(gòu)的關(guān)于系統(tǒng)的更詳盡、更精確、更一致的描述n目標n形成規(guī)格說明書n內(nèi)容n包含系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的足夠信息規(guī)格說明書的描述n自然語言n形式化描述nUMLnRSMLnSDL規(guī)格規(guī)格說明說明n需求的精確描述需求的精確描述n 描述明確，可理解描述明確，可理解n UML (Unified Modeling Language) UML (Unified Modeling Language) n統(tǒng)一建模語言是可視化的設(shè)計說明語言統(tǒng)一建模語言是可視化的設(shè)計說明語言n統(tǒng)一描述系統(tǒng)的硬件和軟件統(tǒng)一描述系統(tǒng)的硬

9、件和軟件n UML UML 可對系統(tǒng)的功能建模可對系統(tǒng)的功能建模n 可自動產(chǎn)生實際設(shè)計的可自動產(chǎn)生實際設(shè)計的HDL HDL 或或C+ C+ 代碼代碼UML的應(yīng)用的應(yīng)用nI-Logix公司的Rhapsody系列產(chǎn)品n基于統(tǒng)一建模語言UML的可視化編程環(huán)境n把UML各類視圖映射為具體目標機程序語言n用于復(fù)雜實時嵌入式應(yīng)用軟件從分析、設(shè)計一直到代碼實現(xiàn)和軟件測試的開發(fā)過程nNASA的火星探路者航天器就是運用Rhapsody在VxWorks上開發(fā)應(yīng)用程序。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計n 系統(tǒng)如何實現(xiàn)設(shè)計說明書描述的功能系統(tǒng)如何實現(xiàn)設(shè)計說明書描述的功能n 基于組件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于組件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n 軟件軟件/硬

10、件劃分硬件劃分n 嵌入式系統(tǒng)中軟件和硬件協(xié)同完成系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中軟件和硬件協(xié)同完成系統(tǒng)的功能功能n軟件硬件劃分通常由速度、靈活性以及開銷軟件硬件劃分通常由速度、靈活性以及開銷來決策來決策硬件硬件單片機單片機, X86, PowerPC, ARM, MIPS,板級支持程序板級支持程序嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件監(jiān)控程序監(jiān)控程序嵌入式計算機系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)嵌入式計算機系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式系統(tǒng)組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計n作用n實現(xiàn)系統(tǒng)的藍圖，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個計劃n目標n形成結(jié)構(gòu)設(shè)計文檔n內(nèi)容n系統(tǒng)分析n系統(tǒng)軟硬件整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計n軟硬件劃分n標準構(gòu)件和自行設(shè)計

11、構(gòu)件的確定 評價標準n有彈性n簡單n可實現(xiàn)n層次清晰n功能分布平衡n平衡技術(shù)和經(jīng)濟約束n滿足功能需求和非功能需求n可重用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述n非形式化方式n自然語言n結(jié)構(gòu)框圖n形式化方法nUML建模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程及方法n結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法 以算法為中心，從處理到處理的數(shù)據(jù)流n從輸入、輸出入手，根據(jù)操作和數(shù)據(jù)流，形成比較粗的系統(tǒng)大框架；n然后逐步細化框架內(nèi)的每個部分，進一步確定內(nèi)部模塊的及模塊之間的關(guān)系n設(shè)計過程應(yīng)該是逐步細化和逐步完善的過程n面向?qū)ο蟮姆椒?以類及交互模式為中心系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計n結(jié)構(gòu)化方法(SA/SD)n面向?qū)ο蟮姆椒?OOA/OOD)nUML建模結(jié)構(gòu)設(shè)計的驗證n結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性非

12、常關(guān)鍵n詳細設(shè)計和實現(xiàn)的基礎(chǔ)，對開發(fā)周期、成本有很大影響n驗證所關(guān)心的問題n結(jié)構(gòu)設(shè)計是否滿足功能、性能要求n能否實現(xiàn)n驗證方法n形式化方法n仿真n系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n軟件結(jié)構(gòu)n硬件結(jié)構(gòu)n其他方法n如基于開發(fā)板的原型系統(tǒng)系統(tǒng)引入錯誤和修改錯誤開銷分布系統(tǒng)引入錯誤和修改錯誤開銷分布引入錯誤數(shù)目引入錯誤數(shù)目修改錯誤開銷修改錯誤開銷開發(fā)周期系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟硬件詳細設(shè)計軟硬件實現(xiàn)軟硬件的劃分 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計涉及硬件與軟件部件，設(shè)計中必須決定什么功能由硬件實現(xiàn)，什么功能由軟件實現(xiàn)。n硬件和軟件具有雙重性n軟硬件變動對系統(tǒng)的決策造成影響n劃分和選擇需要考慮多種因素n硬件和軟件的雙重性是劃分決策的前提通常由軟件實現(xiàn)的部

13、分n操作系統(tǒng)功能n任務(wù)調(diào)度n資源管理n設(shè)備驅(qū)動n協(xié)議棧nTCPIPn應(yīng)用軟件框架n除基本系統(tǒng)、物理接口、基本邏輯電路，許多由硬件實現(xiàn)的功能都可以由軟件實現(xiàn)。雙重性部分n算法n加密解密n編碼解碼n壓縮解壓nn數(shù)學運算n浮點運算， FFT， n標準構(gòu)件和自行設(shè)計構(gòu)件 n構(gòu)件的實現(xiàn)n選擇標準n自行設(shè)計n標準構(gòu)件 ？現(xiàn)成構(gòu)件n已經(jīng)產(chǎn)品化n形成規(guī)模生產(chǎn)n標準構(gòu)件 自行設(shè)計構(gòu)件 用戶系統(tǒng)n構(gòu)件包括了硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件n構(gòu)件本身可以是層次性的，可以由子構(gòu)件組成標準硬構(gòu)件n硬構(gòu)件的形式：硬構(gòu)件的形式：nIC：集成電路：集成電路nPCB：印刷電路板：印刷電路板nIP：Intellectual Propertyn

14、標準 IC nCPU, DSP, nRAM, ROM, 接口控制器，nASIC,n標準 IPn CPU核，n標準模塊nGPRS模塊,GSM模塊,藍牙模塊, n顯示模塊，n標準計算平臺n基于PC104的嵌入式計算機n基于Compact PCI的嵌入式計算機nSOC,標準軟構(gòu)件nOS / RTOSn協(xié)議棧nTCP/IPn路由協(xié)議nH.323nn圖形開發(fā)包nVxWorks的ZINKnn驅(qū)動程序自研硬構(gòu)件n內(nèi)容n邏輯電路，專用加速器，n實現(xiàn)方式nPCB： nIC：PLD FPGA ASIC,nEDA設(shè)計工具n板級： n原理圖設(shè)計工具nPCB設(shè)計工具nICn硬件描述語言: VHDL,Verilogn原理

15、圖描述工具n綜合仿真工具n布線器, 自研軟構(gòu)件nBSPn驅(qū)動程序n應(yīng)用程序n 軟硬件技術(shù)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響n硬軟件設(shè)計的趨勢融合、滲透n硬件設(shè)計的軟件化nVHDL, VerilognHANDL-Cn軟件實現(xiàn)的硬件化n各種算法的ASICn對系統(tǒng)設(shè)計的影響協(xié)同設(shè)計n增加靈活性n增加了風險嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者要求嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者要求n 懂得系統(tǒng)的整個構(gòu)架懂得系統(tǒng)的整個構(gòu)架n 詳細了解硬件的細節(jié)詳細了解硬件的細節(jié)n 軟件設(shè)計滿足：軟件設(shè)計滿足：n 實時要求實時要求n 低功耗低功耗n 代碼量小代碼量小n 詳細了解領(lǐng)域知識詳細了解領(lǐng)域知識嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計 軟硬件協(xié)同設(shè)計軟硬件協(xié)同

16、設(shè)計軟硬件協(xié)同設(shè)計軟硬件協(xié)同設(shè)計n 硬件設(shè)計工具（EDA工具）n 系統(tǒng)級設(shè)計工具系統(tǒng)級設(shè)計工具n Cadence的的SPWn System Viewn 模擬電路系統(tǒng)仿真工具模擬電路系統(tǒng)仿真工具n Pspicen EWBn PCB設(shè)計工具設(shè)計工具n Proteln PADs 的的Power PCB & Tool Kitn Mentor的的Expedition & Tool Kitn 可編程邏輯器件設(shè)計工具可編程邏輯器件設(shè)計工具n Mentor FPGA Advantage & ModelSimn Xilinx Foundation ISE & Tool Kitn

17、各種綜合和仿真第三方工具各種綜合和仿真第三方工具軟硬件協(xié)同設(shè)計定義與主要概念軟硬件協(xié)同設(shè)計定義與主要概念n 軟硬件協(xié)同設(shè)計定義nThe meeting of system-level objectives by exploiting the trade-offs between hardware and software in a system through their concurrent designn 主要概念nConcurrent（并發(fā)）（并發(fā)）: hardware and software developed at the same time on parallel pathsnI

18、ntegrated（一體化）（一體化）: interaction between hardware and software developments to produce designs that meet performance criteria and functional specifications嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)快速原型快速原型設(shè)計過程設(shè)計過程SYSTEMDEF.SWDESIGNVIRTUAL PROTOTYPEREUSE DESIGN LIBRARIES AND DATABASEPrimarilysoftwarePrimarilyhardwareSWCODEFUNCTIOND

19、ESIGNHW & SWPART.HWDESIGNHWFABINTEG.& TESTHW & SW CODESIGNHW & SW Partitioning & Codesign嵌入式系統(tǒng)快速原型開發(fā)的基本要素嵌入式系統(tǒng)快速原型開發(fā)的基本要素n 系統(tǒng)定義（需求分析）系統(tǒng)定義（需求分析）n 軟硬件劃分軟硬件劃分n 結(jié)構(gòu)規(guī)劃結(jié)構(gòu)規(guī)劃 處理器類型處理器類型, 軟硬件之間的接口類型軟硬件之間的接口類型, 等等.n 劃分目的劃分目的 滿足系統(tǒng)速度滿足系統(tǒng)速度,延遲延遲, 體積體積,成本等方面的要求成本等方面的要求.n 劃分策略劃分策略 - high level p

20、artitioning by hand, automated partitioning using various techniques, etc.n 調(diào)度調(diào)度n Operation scheduling in hardwaren Instruction scheduling in compilersn Process scheduling in operating systemsn 軟硬件設(shè)計過程中的建模軟硬件設(shè)計過程中的建模傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計模型傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計模型SystemSystemConceptsConceptsSys/HWSys/HWRequire.Require.Anal

21、ysisAnalysisSys/SWSys/SWRequire.Require.AnalysisAnalysisOperation.Operation.Testing and Testing and EvalEval. .SoftwareSoftwareRequire.Require.AnalysisAnalysisPrelim.Prelim.DesignDesignDetailedDetailedDesignDesignCoding,Coding,Unit test.,Unit test.,IntegInteg. test. testSW DevelopmentSW DevelopmentH

22、WCIHWCITestingTestingCSCICSCITestingTestingSystemSystemIntegInteg. and . and testtestHardwareHardwareRequire.Require.AnalysisAnalysisPrelim.Prelim.DesignDesignDetailedDetailedDesignDesignFabric.Fabric.HW DevelopmentHW DevelopmentDOD-STD-2167A傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程n傳統(tǒng)軟硬件設(shè)計過程的基本特征傳統(tǒng)軟硬件設(shè)計過程的基本特征:n系統(tǒng)在

23、一開始就被劃分為軟件和硬件兩大部分系統(tǒng)在一開始就被劃分為軟件和硬件兩大部分n軟件和硬件獨立進行開發(fā)設(shè)計軟件和硬件獨立進行開發(fā)設(shè)計n“Hardware first” approach often adoptedn隱含的一些問題隱含的一些問題:n軟硬件之間的交互受到很大限制軟硬件之間的交互受到很大限制n軟硬件之間的相互性能影響很難評估軟硬件之間的相互性能影響很難評估n系統(tǒng)集成相對滯后，系統(tǒng)集成相對滯后，NRE較大較大n因此因此:nPoor quality designs（設(shè)計質(zhì)量差）（設(shè)計質(zhì)量差）nCostly modifications（設(shè)計修改難）（設(shè)計修改難）nSchedule slippa

24、ges（研制周期不能有效保障）（研制周期不能有效保障）傳統(tǒng)設(shè)計過程中的尖銳矛盾n隨著設(shè)計復(fù)雜程度的提高，軟硬件設(shè)計中隨著設(shè)計復(fù)雜程度的提高，軟硬件設(shè)計中的一些錯誤將使開發(fā)過程付出昂貴的代價的一些錯誤將使開發(fā)過程付出昂貴的代價 n“Hardware first” approach often compounds（混合） software cost because software must compensate for（補償） hardware inadequacies（不充分）軟硬件設(shè)計過程發(fā)展方向協(xié)同設(shè)計軟硬件設(shè)計過程發(fā)展方向協(xié)同設(shè)計SystemSystemConceptsConceptsS

25、ys/HWSys/HWRequire.Require.AnalysisAnalysisSys/SWSys/SWRequire.Require.AnalysisAnalysisHardwareHardwareRequire.Require.AnalysisAnalysisSoftwareSoftwareRequire.Require.AnalysisAnalysisOperation.Operation.Testing and Testing and EvaluationEvaluationSW DevelopmentSW DevelopmentHW DevelopmentHW Developm

26、entSystemSystemIntegInteg. and . and testtestHWCIHWCITestingTestingCSCICSCITestingTestingFranke91Integrated Modeling SubstrateIntegrated Modeling Substrate（一體化建模底層）（一體化建模底層）Prelim.Prelim.DesignDesignPrelim.Prelim.DesignDesignDetailedDetailedDesignDesignDetailedDetailedDesignDesignFabric.Fabric.Codin

27、g,Coding,Unit test.,Unit test.,IntegInteg. test. test IEEE 1991嵌入式軟件的開發(fā)過程（瀑布模型）嵌入式軟件的開發(fā)過程（瀑布模型）Requirement AnalysisSoftware DesignCodingTestingRelease軟硬件協(xié)同設(shè)計的基本需求軟硬件協(xié)同設(shè)計的基本需求n 統(tǒng)一的軟硬件描述方式n軟硬件支持統(tǒng)一的設(shè)計和分析工具（技術(shù)）n允許在一個集成環(huán)境中仿真（評估）系統(tǒng)軟硬件設(shè)計n支持系統(tǒng)任務(wù)在軟件和硬件設(shè)計之間的相互移植n 交互式軟硬件劃分技術(shù)n允許多個不同的軟硬件劃分設(shè)計進行仿真和比較n輔助最優(yōu)系統(tǒng)實現(xiàn)方式?jīng)Q策n

28、將軟硬件劃分應(yīng)用到模塊設(shè)計，以便最佳地實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計指標。Partitioning applied to modules to best meet design criteria (功能和性能目標)軟硬件協(xié)同設(shè)計的基本需求軟硬件協(xié)同設(shè)計的基本需求 (續(xù)續(xù))n完整的軟硬件模型基礎(chǔ)n支持在設(shè)計過程中的幾個階段的綜合評價n支持軟硬件逐步的開發(fā)和集成n正確的驗證方法n確保系統(tǒng)設(shè)計達到的目標要求典型的軟硬件協(xié)同設(shè)計過程典型的軟硬件協(xié)同設(shè)計過程 SystemIntegrationInstruction set levelHW/SW evaluationUnified representation(Data

29、/control flow) HW/SWPartitioning Interface Synthesis Software SynthesisSWHardware SynthesisHW System Description(Functional)Concurrent processesProgramming languages FSM-directed graphs Another HW/SWpartition經(jīng)典的軟硬件協(xié)同設(shè)計方法經(jīng)典的軟硬件協(xié)同設(shè)計方法Analysis of Constraintsand RequirementsSystem Specs.HW/SWPartitionin

30、gHardware Descript.Software Descript.HW Synth. andConfigurationInterface SynthesisSoftware Gen.& ParameterizationConfigurationModulesHardwareComponentsHW/SWInterfacesSoftwareModulesHW/SW Integrationand CosimulationIntegratedSystemSystem EvaluationDesign VerificationRozenblit94 IEEE 1994軟硬件協(xié)同設(shè)計的優(yōu)

31、勢軟硬件協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢n 在設(shè)計初始階段就可進行軟硬件交互設(shè)計和調(diào)整nProvides continual verification throughout the design cycle（貫穿整個設(shè)計周期）nSeparate HW/SW development paths（開發(fā)路線） can lead to costly modifications and schedule slippages（導致代價昂貴的糾錯成本和開發(fā)進度的下降）n 關(guān)鍵技術(shù)（如可編程邏輯綜合技術(shù)、器件接口和功能模型描述）的進步使得軟硬件交互設(shè)計變得簡單起來軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀n 主要問題:n

32、缺乏標準化的表示方法n缺乏好的驗證和評價方法n 可能的解決方案:n擴展已有的硬件/軟件語言工具并應(yīng)用到不同種類情況n擴展形式驗證技術(shù)并應(yīng)用到硬件/軟件領(lǐng)域n基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計SOPC設(shè)計軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟HW-SW system involvesnSpecification（設(shè)計描述）（設(shè)計描述）nmodeling （設(shè)計建模）（設(shè)計建模）ndesign space exploration and partitioningnsynthesis and optimization（綜合與優(yōu)化）nValidation（設(shè)計驗證）（設(shè)計驗證）nimplementat

33、ion （設(shè)計實現(xiàn)）（設(shè)計實現(xiàn)）軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟Specification（設(shè)計描述）nList the functions of a system that describe the behavior of an abstraction clearly with out ambiguity.Modeling（設(shè)計建模）nProcess of conceptualizing and refining the specifications, and producing a hardware and software model.軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟軟硬件協(xié)同設(shè)計基本

34、步驟Validation:Process of achieving a reasonable level of confidence（置信度） that the system will work as designed.nTakes different flavors per application domain（根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域而不同）: cosimulation for performance and correctness（性能與功能的協(xié)同仿真）軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟軟硬件協(xié)同設(shè)計基本步驟Implementation:nPhysical realization of the hardware

35、 (through synthesis) nand of executable software (through compilation).協(xié)同設(shè)計中的軟硬件劃分與調(diào)度協(xié)同設(shè)計中的軟硬件劃分與調(diào)度 (where and when)nA hardware/software partitioning represents a physical partition of system functionality into application-specific hardware and software.nScheduling is to assign an execution start time to each task in a set, where tasks are linked by some relations. 嵌入式系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計 （硬件節(jié)能