[发明专利]一种动态软硬件划分环境的产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式设计领域中软硬件划分方法。特别是涉及一种动态软硬件划分环 境的产生方法。

背景技术

在现代社会中，存在着很多优化问题。其中有这样一些优化问题，它们抽象出来的优化 目标函数、约束条件或者系统特性参数往往会在问题求解的过程中随时发生变化，导致问题 的最优解也会随之变化。称这样一类优化问题为动态优化问题。例如视频解码、图像处理、 车间调度等问题，某时刻所要处理的任务是不确定的，系统的参数也可能会随时间的变化而 变化。解决动态优化问题最简单的方法就是采用静态优化算法直接对模型进行求解，即在每 一次优化问题变化之后对静态优化算法重新初始化，进而重新求解优化问题，得出新环境下 的最优解。但是，如果问题变化的频率过快，静态优化算法一次求解所需的时间可能大于问 题两次变化之间的时间间隔，那么静态优化算法就无法在规定的时间内完成划分，即收敛到 最优解，从而使得这种方法的划分结果效果很差，甚至可能远会远地偏离全局最优解。

由于动态优化问题的动态特性，大大地增加了优化问题求解的难度。为了解决这类优化 问题，必须设计一种能够自动识别动态问题结构(也称为动态环境)变化的方法。这种方法具 备能够在环境变化后有效地判断环境是否变化，并在确认环境变化后立即调整最优解的搜索 区域以以适应新的环境。这一类算法被称作动态优化算法。应用动态优化算法解决动态优化 问题在实际的生产实践中具有极其重要的指导作用，然而问题的本身具有比较大的难度和复 杂度，因此对于动态优化方法的研究就变得越来越重要。

动态软硬件划分问题是指在解决软硬件划分问题时，系统所面对的待划分的任务集是不 确定的，优化算法必须检测任务集的结构才能确定采用什么策略进行划分以适应最新的环境。 在动态环境中，非常注重划分算法的实时性，要求划分算法有处理动态软硬件划分的能力。 因此，划分算法需要针对动态环境的特性，设计自适应算法，以满足实际系统对性能及可靠 性的要求。

动态软硬件划分的数学模型：软硬件划分问题的模型通常用一个任务流图(TaskGraph) 来描述，整个任务流图是一个有向无环图(DAG图)，可以用一个二元组表示:G＝(V,E)。其 中V＝{V₀,V₁,…,V_n}是整个系统中任务单元的集合，V_i表示第i个任务节点， E＝{(V_i,V_j)|V_i,V_j∈V}表示两个任务节点之间的数据依赖关系或流程控制。V_i称为V_j的前驱节 点，V_j称为V_i的后继节点，两者产生了单向的依存关系。图1为一个DAG图表示的软硬件 划分系统模型图。

每个节点详细的属性特征描述：

N_i＝{T_sw,T_hw,A_sw,A_hwC_sw,C_hw,P_sw,P_hw,S_sw,S_hw,…,x(i)}

其中，T_sw和T_hw分别表示任务节点用软件和硬件实现的任务执行时间，A_sw和A_hw分别表 示任务节点用软件和硬件实现时所需的硬件面积，C_sw和C_hw分别表示任务节点用软件和硬件 实现时的成本，P_sw和P_hw分别表示任务节点用软件和硬件实现时的功耗，S_sw和S_hw分别表示 任务节点用软件和硬件实现时的存储开销。x(i)表示该节点所选定的映射模式，表示任务所 选择的软硬件实现方式。边集E是任务调度需要考虑的范畴，为了简化系统描述和增强对划 分问题的针对性，在划分问题中不引入任务调度带来的对实际总执行时间的增益。因此对调 度参数E的取值考虑为理想情况下的0。根据上述对系统任务属性的定义，将软硬件划分问 题的适应度函数与约束函数定义为：