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1、嵌入式系统设计嵌入式系统设计过程验证和评估（尺寸,岛耗,性能，）传统软件/硬件开发模型Software development pathHardware development path面临的问题Good old way todayOBreak the wall today!deaContemporary wayO(specification)dea(Specification )Partitioning/SW engin eeri ngHW design卜| IntegrationAnalysis Estimati on Partitioning EvaluationCosimulation
2、 CoverificationCode generation HW synthesisTest&crach| Plug and P刖传统设计方法存在的问题缺少统一的软硬件表示方法划分依靠先验定义不能够验证整个系统通过HW/SW边界时很难发现不兼容问题缺少成熟的设计流程上市时间问题I W描述更改变得困难软硬件协同设计理论体系系统任务描述(System Task Description ) 软硬件戈分(HardwaTe/Software Partition) 软硬件协同综合 (HardwaTe/Sofare Cosynthesis ) .软硬件协同仿真(Hardware/SoftwaB Co-si
3、mulation)W与系统设计相关的低压低功耗设计，可 测性设计等等。发展过程软硬件协同设计早期-主要是针对一个特定的硬件如何进行软件开发或根 据一个已有的软件实现具体的硬件结构。前者是一个经典的软件开发问题-软件性能的好坏不仅仅取决于软件开发人员的技术 水平，更有赖于所枝用的頑件年台；后者是一个软件固化的问题-实现的途径可以是采用一个与原有软件平台相同的 硬件处理器，并将软件代码存储于存储器当中，也 可以是在充分理解软件的内忑功能之后完全用硬件 莱实现软徉的功能。软硬件共同设计能带来什么？缩短开发周期取得更好的设计效果满足苛刻的设计限制这种平台的推出将不仅包含芯片本身， 还必须包含完整的开发
4、系统和典型应用 实例，而供应商提供的服务和技术支持 也当然要成为产品不可分割的一部分。目标和需求统一的设计方法执行独立设计/执行验证自动软件，硬件，接口合成商业应用 Research (研究)-CADLab, SIR/CASTLE (Germany), Chinook, COSMOS, COSYMA, CoWare, DICE, COMET, LYCOS (Denmark), POLIS, Ptolemy, Riley, TOSCA, AKKA, CODES, VIOOL, COOL. Commercial (商业)一 ArchGen (Synergy System Design, Inc.)
5、, Mentor Graphics, Synopsys, Synthesia- Cadence, Co-design Automation-Synopsys, Celoxica, CoWare, etc.缺点典型的手动划分(manual Partition )固定应用领域(carefully very specialized)逐渐增长的评估需求支持很弱(nabstract models)主要强调性能模型的连贯性在设计重用中不被支持商业系统更强调协同验证(co-verification)(more achievable goal)软硬件协同设计定义软硬件协同设计定义I一 The meeting
6、of system-level objectives by exploiting the trade-offs between hardware and software in a system through their concurrent design-软硬件共同设计目的是为硬件和软件 的协同描述，验证和综合提供一种集成 环境。软硬件协同设计定义主要概念 Concurrent （并发）： 软件硬件同时并 行开发Integrated （整合）： 软件与硬件开发 过程互相交互，共同设计来达到性能和 功能要求殳计传统设计流程（并发）共同设计流程开始同一组相互合作 的专家共同设计开始A不同的相互
7、独立的专家组分别设计嵌入式系统快速原型设计过程REUSE DESIGN LIBRARIES AND DATABASE快速原型开发的基本要素系统定义（需求分析）软硬件划分结构规划-处理器类型，软硬件之间的接口类型，等.划分目的-满足系统速度，延迟，体积，成本等方面的要求划分策略手工划分，采用各种技术实现自动的划 分调度-硬件操作调度Operation scheduling in hardware一 编译器扌旨令调度Instruction scheduling in compilers -操作系统进程调度Process scheduling in operating systems软題件设计过程中
8、的建模传统的嵌入式系统设计模型Operation.Testing and EalSW Development传统的嵌入式系统设计过程传统软硬件设计过程的基本賛?正：-系统在一开始就被划分为软件和硬件两大部分-软件和硬件独立进行开发设计-硬件第一，软件第二隐含的一些问题：-软硬件之间的交互受到很大限制软硬件之间的相互性能影响很难评估-系统集成相对滞后，NRE较大因此：-设计质量差(Poor quality designs )-设计修改难(Costly modifications )-研制周期不能有效保障(Schedule slippages )传统设计过程中的尖锐矛盾随着设计复杂程度的提高，软硬
9、件设计 中的一些错误将使开发过程付出昂贵的 代价硬件优先所节省下来的费用，常常被因 为硬件不足导致软件费用增加所抵消。软硬件设汁过程发展方向HWCI TestingIntegrated Modeling SubstrateHW DevelopmentFabric.System ConceptsHardware Require AnalysisPrelim. DesignDetailed DesignDetailedDesignIntegrated Modeling SubstrateOperation.SystemInteg. and 11 Testing andGMSW Developmen
10、tPrelim. DesignDetailed DesignCSCI Testing软硬件协同设计的基本需求统一的软硬件描述方式I-软硬件支持统一的设计和分析工具（技术）-允许在一个集成环境中仿真（评估）系统软硬件设-支持系统任务在软件和硬件设计之间的相互移植交互式软硬件划分技术-允许多个不通的软硬件划分设计进行仿真和比较-辅助最优系统实现方式决策-将划分技术应用到模块级别能更好地满足设计的功 能要求与性能目标软硬件协同设计的基本需求完整的软硬件模型基舟、-设计过程的每一个阶段都必须支持评估-支持阶梯式的开发方法以及软硬件整合正确的验证方法-确保系统设计达到目标要求软件硬件协同设计的设计流程用
11、HDL语言和C语言进衿璨邈描述并进行 模拟仿真和系统功能验证；对软硬件实现进行功能划分，分别用语 言进行设计并将其综合起来进行功能验 证和性能预测等仿真确认（协调模拟仿 真）；如无问题则进行软件和硬件详细设计；、 最后进行系统测试。典型的协同设计流程:典型的协同设计流程:FSMDirected graphsAnoth巳 partition .SWSynthesisSystemdescription(Functional)HW/SWpartitioningSW pathInterfaceSynthesisHW pathConcurrent processes Programming Iangua
12、gesUnified representation (data/control flow)HWSynthesisSystem IntegrationInstruction set level HW/SW evaluation经典的软硬件协同设计方法Analysis of Constraints and Requirementsem Specs.软硬件协同设计的优势在设计初始阶段就可进行软硬件交互设 计和调整-贯穿整个设计周期，提供持续討详估能力-如果分离软件，硬件开发过程，可能导致由 于重复修改以及计划延误带来的高昂的代价 关键技术（如可编程逻辑综合技术、器 件接口和功能模型描述）的进步使得软
13、 硬件交互设计变得简单起来软硬件协同设计技术的现状主要问题：-缺乏标准化的描述-缺乏较好的验证和评估方法可能的解决方案：-拓展现有的软件与硬件语言，支持异种的范 例-拓展现有的验证技术到软硬件共同设计领域 -基于FPGA的嵌入式系统设计-SOPC设计软硬件协同设计内容 Specification （设计描述） modeling （设计建模） design space exploration and partitioning（设计空间的研究和划分） synthesis and optimization （合成与优化） Validation （设计验证）implementation （设计实现）设
14、计描述(-Specification)列出一个系统的所有功能，可以清晰地 描述系统的行为模式.设计建模(Modeling )概念化和重新定义规范、设计软硬件模 型的过程。常见模型类型 Finite state machines一 totally ordered discrete events Petri nets:一 partially ordered events Synchronous data-flow:一 multirate discrete time一 partially-ordered events设计验式C Validation ） Process of achieving a reasonable level of confidence （置信度）that the system will work as designed.根据应用领域而不同性能与功能的
