Исследование методов и разработка устройств обработки информации в системах на кристалле

• Автор: Зинкевич, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПРОБЛЕМА СОВМЕСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В СИСТЕМАХ НА КРИСТАЛЛЕ И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ

1 1 Этапы системного уровня проектирования СБИС класса "система на кристалле"
1 2 Системная сложность решения декомпозиции задачи на аппаратную и программную составляющие
1 3 Анализ подходов к совместному аппаратно-программному проектированию систем на кристалле
1 4 Формализация модели потока совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения
Выводы
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДЕКОМПОЗИЦИИ СИСТЕМЫ НА АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ НА ПРИМЕРЕ ДИСКРЕТНОГО ВЕЙВЛЕТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
2 1 Дискретное вейвлет преобразование в стандарте сжатия ТРЕС2000
2 2 Оценка ресурсов вариантов аппаратных и программных реализаций дискретного вейвлет преобразования
2 3 Анализ задачи целочисленного линейного программирования как прототипа разрабатываемого метода
2 4 Метод аппаратно-программного разделения на основе оценки ресурсов
Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАМЯТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ
3 1 Анализ многоуровневой организации памяти в составе систем на кристалле
3 2 Анализ характеристик аппаратного и программного доступа к памяти
3 3 Исследование возможностей использование внешней энергонезависимой памяти конфигурации ПЛИС для хранения пользовательских данных

3 4 Разработка и исследование сложно-функционального блока доступа к внешней конфигурационной памяти
Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ СБИС КЛАССА СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ
4 1 Исследование и совершенствование системы прерываний процессора на базе ПЛИС
4 2 Проектирование системы обработки видеосигнала с использованием
специализированного кодера изображений
4 3 Рациональное распределение ресурсов ПЛИС при использовании высокоскоростных
интерфейсов
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ПУБЛИКАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Описание контроллера доступа к флеш памяти ЕРСБ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Акты внедрения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие современных электронных систем управления, сбора и обработки данных, их постоянно растущие сложность и ресурсоемкость, а также необходимость сокращения сроков разработки требуют создания новых классов функционально сложных изделий микроэлектроники и внедрения принципиально новых технологических принципов разработки микроэлектронных устройств. При этом сокращение временных затрат на изготовление, верификацию и вывод изделия на рынок не должно влиять на качество разрабатываемых интегральных схем и их надежность.
Принципиально новой стала методология проектирования СБИС класса «система на кристалле» (СнК), допускающая многократное использование готовых, предварительно протестированных сложнофункциональных блоков. Методология позволяет на одном кристалле размещать аппаратные и программные (на базе софт-процессоров) реализации, которые могут взаимодействовать между собой и в итоге позволяют создавать достаточно гибкие системы. В качестве технологической платформы для реализации цифровых СнК могут использоваться программируемые логические интегральные схемы, позволяющие оперативно модифицировать систему. В 2011 г. одна из крупнейших компаний производителей ПЛИС фирма ALTERA в сотрудничестве с известными ARM и Intel назвала переход от специализированных заказных ИС к СнК на базе ПЛИС новым этапом развития микроэлектронной техники. При этом одним из ключевых вопросов стала задача повышения эффективности использования ресурсов и обеспечения требуемого быстродействия.
Научно-исследовательские работы в области БИС/СБИС, программируемой логики и систем на кристалле принадлежат как отечественным (Немудров В.Г., Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Бухтеев A.B., Угрюмов Е.П., Адамов Ю.Ф., Палташев Т.Т., Шалыто А. А., Шейнин Ю.Е. и др.), так и зарубежным (S.S. Bhattacharyya, S. Saha, E. Lee, W. Wolf, S. J. Wei и др.) ученым.

позволяет проектировщику определять внутрисистемные взаимодействия и установки системных ограничений через формальный набор языковой грамматики и символов.
Граф потока данных обеспечивают одну из самых естественных и интуитивных парадигм моделирования для систем цифровой обработки сигналов. В парадигме моделирования потока данных, вычислительное поведение системы представляется как ориентированный граф. Вершина или узел в этом графе представляют вычислительный модуль или иерархически вложенный подграф, который называется актором. Ориентированное ребро представляется буфером от исходного актора до следующего. Ребро может иметь неотрицательную целочисленную задержку, которая определяет количество начальных данных перед выполнением графа.
Графы потока данных используют управляемую данными модель выполнения. Таким образом, актор может быть выполнен всякий раз, когда у него есть достаточное количество данных на всех его входных ребрах для выполнения значимых вычислений. Выполняя вычисление, актор потребляет определенное количество данных со входных ребер и выполняет основанную на их функциональных возможностях производство определенного числа данных на его выходных ребрах. Из всех моделей потока данных синхронный поток данных (SDF) [23] используется как самая популярная модель для проектирования устройств цифровой обработки сигналов и главным образом из-за его предсказуемости во время компиляции, и интуитивной простоты с точки зрения моделирования. Альтернативу SDF для проектирования составляют такие модели, как цикло-статический поток данных (CSDF) [24], параметризированный поток данных [25], поток данных основанный на блокировании (BLDF) [26], многомерный поток [27] и оконный синхронный поток данных (WSDF) [28]. Эти модели пытаются расширить SDF модель, внося, насколько возможно, предсказуемость во время компиляции.
Преобразования графов потока данных могут быть различных видов, такие как алгоритмические, архитектурные, и т.д. [29]. Эти методы включают