[发明专利]一种高效动态软硬件划分方法

说明书

一种高效动态软硬件划分方法，用于嵌入式系统的设计，包括1)建立软硬件划分问题的精确数学模型；2)针对约束条件中系数矩阵中系数的相关性，将精确数学模型化简为低维度的简单模型；3)选用自动划分算法，求解步骤2)的简化模型，得到最优软硬件划分方案，并记录算法求解的运行时间，观察自动划分算法对简化模型求解的效率；4)验证软硬件划分方案的可行性；5)输出最优软硬件划分方案。本发明能降低模型的复杂度，使自动划分算法对模型求解的时间大大减少，提高了划分算法的求解效率，尤其对大规模软硬件划分来说，速度会很明显地得到提升，使得解决大规模的复杂软硬件划分成为一种可能，提高了模型适用的范围。

技术领域

本发明涉及一种用于嵌入式系统的软硬件划分方法。特别是涉及一种高效动态软硬件划分方法。

背景技术

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机和集成电路技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统内部功能模块有两种基本的实现方法：软件和硬件。软件方法以微处理器为平台，通过设计代码程序来完成系统的特定功能。而硬件方法是通过设计专用逻辑电路来实现系统功能。一般来说，硬件比软件能提供更好的性能，而软件更容易开发和修改，灵活性更强、成本比硬件更低。这两种手段在性能和成本上存在巨大差异，为了达到成本和性能的最佳结合，兼顾速度和灵活性，目前大部分嵌入式系统都采用软硬件共同实现的方式。既然嵌入式系统大多采用软硬件共同实现的方式，那么软硬件划分就成了一个影响嵌入式系统性能非常重要的环节。

软硬件划分是软硬件协同设计的重要环节和组成部分，起着非常关键的作用。软硬件划分是指在设计系统时，确定各个模块是采取软件还是硬件的实现方式。其主要任务是在满足各项设计约束的条件下，把系统功能划分到目标结构中的软件和硬件部分上，并为系统提供最佳的软硬件折衷方案。

软硬件划分问题的描述：

软硬件划分问题的模型可以用一个任务流图来描述，整个任务流图又是一个有向无环图(DAG图)，如图1所示，记作G＝(V,E)。

其中，V是任务的集合，V＝{V₀,V₁，....，V_n}，V_i表示系统中的一个任务，可以用软件或者硬件实现，每个任务节点包含其软件、硬件的执行时间与功耗等节点属性信息；E是边的集合，E＝{e₀,e₁，....，e_m}，代表任务之间的控制关系或数据流向，每条边的终点任务必须在此边的始点任务完成之后才可以开始执行，边的权重代表两个节点之间的通讯开销。

设X＝{x₁,x₂,..,x_n}为一个软硬件划分方案，x_i代表一个任务节点的软硬件实现方式，x_i＝1表示该节点用硬件实现，x_i＝0表示该节点用软件实现。

为了方便系统分析，也使得系统分析更具针对性，将目标函数设为执行时间，对其他系统参数有一定的约束即可。在这种情况下，软硬件划分问题的精确模型为：

其中T(X)、area(X)、price(X)、power(X)、storage(X)分别代表软硬件划分方案X的任务执行时间、面积、成本、功耗、存储开销。实际情况中，软硬件划分问题的约束条件会有很多。在约束条件多的情况下，自动划分算法对精确模型进行求解时，很可能会陷入许多无效循环之中，这样就会延长自动划分算法的求解软硬件划分问题的时间，大大增加了模型求解的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能降低模型的复杂度，使自动划分算法对模型求解的时间大大减少的高效动态软硬件划分方法。