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低功耗软硬件划分算法研究

面对依靠电池供电的便携嵌入式移动设备在能量使用方面受到的严格限制以及电池技术的发展速度远远落后于集成电路发展速度的现状,低功耗嵌入式系统设计已经受到学术界和工业界的普遍重视。鉴于软硬件划分对系统功耗的关键影响,本文立足于解决低功耗软硬件划分问题的算法研究。低功耗软硬件划分问题是NP难的组合优化问题。通过综述以往相关工作,发现整数规划和分支定界等确定性算法只能用于求解小规模问题的精确解,大部分工作使用遗传算法、模拟退火算法等启发式算法求得问题的近似最优解。但是缺乏能够代表大部分实际设计情况的低功耗软硬件划分形式化模型,使得以往的大部分工作只能解决特定情况下的软硬件划分问题,算法缺乏通用性,而且不同的算法之间很难进行比较。同时当前智能优化算法发展迅速,一方面表现在融合不同算法的优势设计混合智能优化算法,这类混合算法经常表现出更好的全局寻优能力和更快的设计空间探索速度;另一方面研究人员通过不断地观察物质的变化过程和生物体的进化过程,近  (本文共132页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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软硬件协同设计中的划分算法研究

软硬件协同设计是SoC研究的一项重要内容,它广泛存在于嵌入式系统、指令集体系结构ISA和基于IP的设计中。软硬件划分是软硬件协同设计的一个关键步骤,划分结果的好坏直接影响着系统的性能。本文主要针对已有的划分算法中的不足作了两个工作: 一是对贪婪划分算法引入引导函数,二是对已有的模拟退火划分算法进行了改进。论文首先对软硬件划分中的基本概念和存在的问题作了描述,对影响软硬件划分的两个重要因素—计算模型和硬件体系结构进行了详细介绍和分析。其次,针对由FPGA和微处理器组成的协处理器体系结构的划分算法进行了研究,软硬件划分中的计算模型选用了过程模型图。传统的软硬件划分算法对硬件资源的使用效率考虑不足,本文工作主要是针对这个问题改进了两个算法。基于引导函数的贪婪划分算法针对FPGA和微处理器组成的协处理器体系进行划分,FPGA可以是静态可重配置、动态可重配置和部分动态可重配置三种情况。该算法中引导函数充分考虑了任务的关键性、加速度、执行...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨理工大学
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异构多核系统低功耗算法研究

随着数字化技术与多媒体技术的普及,便携式及移动性较强的产品得到了空前的发展,其中,产品的电池使用时间极大地影响了消费者的购物倾向。面对电池发展受限的现状,功耗问题已经成为嵌入式系统设计中普遍关注的难点和热点。随着处理器结构由单核向多核的发展,低功耗设计算法变得更加复杂,鉴于软硬件划分及划分后的调度算法对系统功耗的影响,本文立足于解决异构多核处理器系统下的低功耗问题,进行算法研究。在分析与总结现有低功耗算法的基础上,本文采用两阶段的启发式算法来解决异构多核处理器系统下的低功耗设计问题。首先,对系统进行结构建模,并构造出一个表示任务间相互关联的有向无环图。接着,软硬件划分过程将任务合理分配到对应的处理单元,任务划分的效果在一定程度上影响了后期能耗降低的潜力,而划分后的调度算法决定了系统整体的能耗水平。在软硬件划分阶段,本文利用量子计算强大的并行性将量子计算与遗传算法相结合得到量子遗传算法,其独特的量子位编码方式使得一个量子染色体能够...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>

湖南大学
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异构MPSoC下基于贪心和模拟退火算法的软硬件划分方法研究

异构MPSoC集成了不同类型的处理器内核的优点,被认为是高性能嵌入式计算平台未来的发展趋势。此种架构的嵌入式系统的设计包含了硬件设计和软件设计两个方面的内容,当前比较流行的设计方法是对软件和硬件同时进行设计,即软硬件协同设计。相关研究表明,任务的软硬件划分是软硬件协同设计过程中最为关键的步,对软硬件划分问题的研究已成为国内外研究的热点。因此,如何设计高性能的软硬件划分算法受到了研究者的广泛关注。在软硬件划分算法的研究中,常用贪心算法和模拟退火算法来对解空间进行寻优。贪心算法具有较低的计算复杂度,但只能获得局部最优解。模拟退火算法在理论上可以搜索到全局最优解,但算法的收敛速度相对较慢。本文针对双路软硬件划分系统模型的特点,借鉴求解0-1背包问题的相关算法思想,基于模拟退火算法的全局寻优特性,研究种融合贪心算法和模拟退火算法的软硬件划分方法,用以提高在硬件资源约束下的算法收敛速度和解质量。具体工作如下:针对传统的基于贪心算法的预划分...  (本文共65页) 本文目录 | 阅读全文>>

湖南大学
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一类异构多处理器片上系统任务调度算法研究与应用

由于芯片制造工艺的限制,处理器频率的继续提升遇到了物理瓶颈,多处理器技术被认为是维持片上系统性能增长的有效方法。异构多处理器片上系统(Multi-Processor System-on-Chip, MPSoC)兼顾了系统的通用性与灵活性,受到了工业界和学术界的青睐,已经被广泛应用于移动通信、嵌入式多媒体等领域。对于异构MPSoC来说,其性能的充分发挥依赖于所采用的任务调度算法。高效的调度算法可以缓解处理器数目增加所带来的高能耗、高温度、高成本等问题,能够进一步扩大MPSoC的应用范围。在满足各种约束的前提下对异构MPSoC进行优化调度已经证明是NP难问题。因而,针对异构MPSoC的各种应用需求,寻求不同优化目标下的最佳调度方案,已经成为当今多处理器技术的研究热点和重点。随着可重构技术和MPSoC的发展,出现了包含可重构资源的异构MPSoC,它兼具可重构资源的高效性和MPSoC的灵活性,为系统设计和应用提供了更多的选择。对含有可重...  (本文共146页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨理工大学
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一种改进的二维增强贪婪软硬件划分算法

嵌入式系统通过组合软件和硬件实现,所以,软硬件划分是嵌入式系统设计中的关键步骤,软硬件划分即是把系统的功能模块映射到软件或硬件。软硬件划分目的是在满足多个性能约束(例如:硬件面积约束A,功耗约束P ,存储空间需求约束M等)条件下获得最优的性能。现有的软硬件划分算法大都采用面向软件或面向硬件的初始状态,然后应用迭代方法,按照自己的启发因子,把每一个功能模块映射到软件或硬件。本文的目标是在满足硬件面积A,功耗P和存储空间需求M的约束条件下,最小化系统运行时间。采用二维的增强贪婪算法解决软硬件划分问题,该算法在满足硬件面积约束、功耗约束和存储空间需求约束的前提下可使系统的运行时间最优。本文给出了一种建立初始状态的方法,该方法将划分问题P转化成了两个子问题,降低了问题的复杂度和算法的时间复杂度。当问题P的规模n很大时,复杂度每降低一个数量级,搜索空间将减少一半,算法的时间复杂度也会大幅度的降低。软硬件划分问题可以使用各种有向无环图作为问...  (本文共57页) 本文目录 | 阅读全文>>