基于π网的嵌入式系统软硬件划分方法

摘 要:针对嵌入式系统软硬件划分问题,提出一种基于π网的软硬件划分方法。首先介绍π网的定义及其规则;然后,对嵌入式系统目标进行描述和定义,应用π网建立软硬件划分模型――嵌入式系统软硬件划分模型(ESHPM);最后,对模型ESHPM进行一致性、死锁和兼容性分析,同时,对模型ESHPM进行了优化。所建立的模型ESHPM满足一致性,各进程间无死锁存在,且各个进程之间的交互是兼容的;同时模型ESHPM有效地提高了划分精度,并获得了更加合理的软硬件划分方法。

关键词:π网;π演算;嵌入式系统;软硬件划分;优化算法

中图分类号: TP311.5 文献标志码:A

Hardware/software partitioning method of embedded system based on πnets

GUO Rongzuo1*, HUANG Jun2, WANG Lin3

(

1.College of Computer Science, Sichuan Normal University, Chengdu Sichuan 610068, China;

2.

Department of Basic Courses, Sichuan Technology and Business College, Dujiangyan Sichuan 611830, China;

3.Department of Electronic Information and Electrical Engineering, Chengdu Textile College, Chengdu Sichuan 611731, China

)

Abstract:

Concerning the partitioning problems of the embedded system software and hardware, a method based on πnets was proposed to partition the software and hardware of the embedded system. This paper gave a brief introduction to the definition and πnets rules, and then described and defined the target, and established the division Embeddedsystem Software and Hardware Partition Model (ESHPM) applying the πnets of software and hardware of embedded system. Finally this paper analyzed the consistency, deadlock and compatibility; at the same time, optimized the ERSHPM. The ESHPM established in this paper satisfied the consistency and no deadlock between the various processes. And the interaction between the various processes was compatible. The ESHPM effectively improves the accuracy of division, and a more reasonable division method of software and hardware has been got.

Key words:

πnet;πcalculus; embedded system; software/hardware partitioning; optimization algorithm

0 引言

随着计算机软硬件技术的飞速发展,嵌入式系统设计者面临越来越苛刻的性能指标和越来越短的面世时间的挑战,这就要求在设计方法上改进软硬件设计模式,采用软硬件协同设计技术。软硬件协同设计技术的核心是软硬件划分,其作用是从软硬件设计空间中,依据系统功能定义,获得一个满足系统时间、成本、功耗、硬件面积和执行时间等多方面要求的趋于最优的实现,其结果直接决定嵌入式系统设计的优劣。

国内外学者从20世纪90年代开始研究软硬件划分方法，Ernst等[1]提出了以模拟退火算法为基础的嵌入式协同合成结构(COSYnthesis for eMbedded Architecture, COSYMA)系统,在该系统中,所有组件首先完全由软件来实现,再逐步由硬件来实现,直至所设计的系统满足所需的时间约束；而Gupta等[2]在多任务合成框架(VULCAN)系统中使用与Ernst等提出的方法正好相反,也就是系统功能首先全部由硬件实现,再逐步用软件实现且满足时间约束；Maciel等[3]在PISH

2.VULCAN：参考文献2未给出其英文定义，仅给出意思；翻译为：多任务合成框架

3.PISH：参考文献3未给出解释，仅提到为一个petri网系统；

系统中,提出将Petri网模型用于对系统的软硬件性能指标的定性与定量分析,将结果用于软硬件划分的初始分配阶段。这些方法在一定程度上促进了软硬件划分方法的进步和发展,对嵌入式系统的协同设计技术起到了一定的促进作用。当今,嵌入式系统的设计过程中,要求同时对多个系统进行优化,现有的划分算法不能完全满足需求。本文首先简单介绍π网,然后应用π网建立嵌入式系统软硬件划分模型,并对模型进行分析和优化验证。

1 π网简介

π网是将π演算和Petri网这两类并发机制进行有效的结合而形成的一类模块化的高级Petri网,π网的主要构成部分是基本π网和π网的复合规则[4]。在此依据参考文献[4],给出π网的定义。

定义1 一个π网N是一个四元组:N＝(S,T,F,τ)。其中:S是库所集,T是变迁集,使得S∩T=;F(S×T)∪(T×S)是网N的弧集;s∈S,若*s=则称s为输入库所,若s*=则称s为输出库所,否则称为中间库所;τ是定义在S∪F∪T上的一个属性函数,使得: