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面向可重构片上系统的通信研究

作　者: 杨望仙
导　师: 李仁发
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 可重构片上系统软硬件通信软硬件双通信模式自适应决策算法动态内存管理
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

可重构片上系统(Reconfigurable System-on-Chip, RSoC)由于具有性能、灵活性双高的特点和较高的性价比,越来越受到嵌入式系统设计人员的青睐。RSoC性能很大程度上受通信结构与软硬件通信模式的影响。目前,RSoC设计中,软硬件通信对用户不透明,开发者需了解底层硬件结构,才能更好地完成软硬件通信,系统开发效率低。本文为实现过程级软硬件划分的RSoC通信对用户透明展开了研究。在通信设计的同时,考虑上层编程模型的实现难度,尽量减少上层编程模型设计人员在模型中通信方面所涉及的工作量,使RSoC通信对用户透明,取得了如下成果：首先,根据硬件函数的特点,提出了一种自适应软硬件双通信模式,软硬件通信效率得到优化；构建了一种基于模拟退火和链式调度的软硬件通信模式自适应决策算法,使软硬件通信模式的选择对用户透明。其次,研究设计了动态内存管理模块(DMMU),利用DMMU提供的API来实现内存的分配与回收,使处理核与内存之间的通信管理对用户透明。为了验证自适应决策算法的决策结果,本文进行了模拟实验。实验表明：自适应软硬件双通信模式能有效缩短软硬件通信时间,在通信时间开销得到优化的同时,系统的面积开销也有一定减少。本文最后开发设计了一个过程级软硬件动态划分的RSoC原型系统,通过软件和硬件的相互配合执行DSP算法。采用硬件函数封装、软硬件双通信模式、DMMU等技术,提高了RSoC通信的效率,使通信细节对用户透明。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章绪论  11-16
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 研究现状  13-14
  1.3 本文主要工作  14-15
    1.3.1 问题的提出  14
    1.3.2 主要研究内容  14-15
  1.4 本文组织结构  15-16
第2章可重构片上系统通信概述  16-24
  2.1 可重构片上系统通信结构  16-17
  2.2 可重构片上系统通信级别  17-21
    2.2.1 指令级通信  17
    2.2.2 进/线程级通信  17-19
    2.2.3 过程级通信  19-21
  2.3 可重构片上系统软硬件通信模式  21-22
    2.3.1 寄存器软硬件通信模式  21
    2.3.2 共享存储软硬件通信模式  21-22
    2.3.3 软硬件双通信模式  22
  2.4 小结  22-24
第3章可重构片上系统通信设计  24-36
  3.1 概述  24
  3.2 RSoC通信中的关键问题  24-26
  3.3 硬件函数通信设计  26-30
    3.3.1 采用寄存器软硬件通信模式的硬件函数通信设计  27-29
    3.3.2 采用共享存储软硬件通信模式硬件函数通信设计  29-30
  3.4 动态内存管理模块  30-34
    3.4.1 动态内存管理模块连接  31
    3.4.2 动态内存管理模块构成  31-32
    3.4.3 动态内存管理模块工作原理  32-34
    3.4.4 动态内存管理模块系统级原语  34
  3.5 小结  34-36
第4章软硬件通信模式自适应决策算法  36-45
  4.1 背景  36-37
  4.2 问题定义  37-39
    4.2.1 通信量  37-38
    4.2.2 问题描述  38-39
  4.3 软硬件通信模式自适应决策算法  39-42
    4.3.1 模拟退火算法  39-40
    4.3.2 链式调度算法  40
    4.3.3 软硬件通信模式自适应决策算法  40-42
  4.4 实验结果与算法分析  42-43
  4.5 小结  43-45
第5章原型系统  45-58
  5.1 应用背景  45-46
  5.2 开发平台简介  46-48
    5.2.1 硬件平台简介  46-47
    5.2.2 开发工具简介  47-48
  5.3 系统开发流程  48-51
  5.4 通信设计  51-54
    5.4.1 通信结构设计  52-54
    5.4.2 通信模式设计  54
  5.5 原型系统测评  54-56
  5.6 小结  56-58
结论  58-60
参考文献  60-66
致谢  66-67
附录A 读研期间发表学术论文和参与科研项目  67

面向可重构片上系统的通信研究

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