Автоматизация построения инструментария кросс-разработки программного обеспечения для расширяемых встраиваемых систем

• Автор: Рубанов, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Методы описания встраиваемой аппаратуры и построения инструментария кроссразработки.

1.1 Проектирование встраиваемых систем

1.1.1 Обобщенная схема проектирования встраиваемых систем

1.1.2 Разработка программ с помощью кроссинструментария

1.1.3 Прототипирование на основе кроссинструментария

1.2 Языки описания моделей аппаратуры и соответствующие методы

построения кроссинструментов.

1.2.1 Языки синтезируемого описания аппаратуры.

1.2.2 языки

1.2.3 Языки программирования общего назначения.
1.3 Анализ существующих подходов и постановка задачи.
1.3.1 Сравнительные характеристики рассмотренных методов
1.3.2 Постановка задачи
Глава 2. Обобщенная модель расширяемых встраиваемых систем
2.1 Общее описание целевой системы и требования к модели.
2.1.1 Общее описание целевой системы.
2.1.2 Процесс проектирования расширяемой аппаратуры
2.1.3 Требования к обобщенной модели.
2.2 Модельная память системы.
2.2.1 Определения
2.2.2 Память процессора
2.2.3 Память акселератора
2.2.4 Память системы.
2.3 Модельное поведение системы.
2.3.1 Система команд процессора
2.3.2 Система команд акселератора.
2.3.3 Вычислительные блоки процессора.
2.3.4 Вычислительные блоки акселератора.
2.3.5 Исполнительный блок.
2.3.6 Модельная работа системы
2.3.7 Запуск команд акселераторов.
2.4 Модел ь систем ы
2.4.1 Модель процессора.
2.4.2 Модель акселератора.
2.4.3 Модель полной системы.
2.4.4 Симулятор полной системы
2.5 Анализ применимости модели
Глава 3. Язык описания моделей аппаратуры БЕ
3.1 Обозначения.
3.2 Лексика языка БЕ.
3.3 Описание процессора и акселераторов на языке БЕ
3.3.1 Подмножество 8ЕС для описания выражений и поведения
3.3.2 Описание глобальных параметров архитектуры
3.3.3 Описание структуры памяти
3.3.4 Описание типов ассемблерных лексем.
3.3.5 Описание типов операндов команд
3.3.6 Описание системы команд
3.3.7 Сквозные характеристики команд.
3.3.8 Описание межкомандных конфликтов.
3.4 Выводы.
Глава 4. Метод построения инструментария кроссразработки.
4.1 Общее описание метода
4.2 Двухуровневое описание расширяемых встраиваемых систем
4.2.1 Описание базовых возможностей процессора на СС
4.2.2 Описание памяти и системы команд на I.
4.3 Построение инструментария кроссразработки
4.3.1 Построение базового инструментария ядра.
4.3.2 Построение модулей расширений для акселераторов.
4.3.3 Построение полного кроссинструментария.
4.4 Выводы
Глава 5. Среда для построения кроссинструментария и ее практические применения
5.1 Компоненты системы
5.2 Интегрированная среда метаразработки.
5.2.1 Визуальный редактор и верификатор Iописаний.
5.2.2 Средства анализа системы команд и построения статистик
5.2.3 Средства интеграции и работа с системой
5.3 Практические применения метода и инструментов.
5.4 Выводы
Заключение
Список литературы


В зарубежных источниках [4] первой широко известной встраиваемой системой называют бортовой компьютер космического корабля Apollo (середина -х). Долгое время основной областью применения встраиваемых систем были именно задачи космического и военного назначения. В современном мире встраиваемые системы можно найти в самых различных областях от тех же военных до бытовых. Целью проектирования встраиваемой системы является построение спецификаций ее аппаратных и программных компонентов, пригодных для производства реальных устройств, выполняющих заданные функции в рамках определенных ограничений (обычно быстродействие, энергопотребление, размер и стоимость изготовления кристаллов). В качестве спецификации программной части системы выступает образ начального содержимого памяти системы (firmware), представляющий собой двоичные коды программ (машинные команды) и начальные данные. В качестве спецификации аппаратуры выступает описание на некотором языке, пригодное для дальнейшего полностью автоматического синтеза технологических спецификаций для производства реальных микросхем. Рассмотрим известную (см. Рис. Рис. На первом этапе происходит определение требований к системе. Определяются необходимые функциональные характеристики системы и задаются ограничения. Типовыми ограничениями являются быстродействие, энергопотребление, размер и стоимость изготовления кристаллов в рамках заданного технологического процесса производства микросхем. На следующем этапе выполняется декомпозиция системы на аппаратные и программные компоненты (HW/SW partitioning). Принимаются решения об общей структуре системы (в первую очередь разрядность, число и характеристики вычислительных блоков) и выполняется отображение требуемой функциональности на программные и аппаратные части. Далее процесс разделяется на две ветви - соответственно для проектирования аппаратных и программных компонентов. Выходом аппаратной ветви являются модели аппаратуры. В этой ветви принимаются решения об архитектуре выделенных в системе аппаратных вычислительных устройств. Для программируемых компонентов определяется состав функциональных блоков (включая внешние модули расширений для специфических вычислений), структура памяти (включая регистры) и система команд. Результатом проектирования программной части являются модели программных компонентов, совместимые с соответствующими аппаратными моделями. Процесс носит итеративный характер и точность описания моделей постепенно повышается на каждой итерации от высокоуровневых функциональных описаний до синтезируемых спецификаций аппаратуры и машинных кодов соответствующих этой аппаратуре программ. Каждая итерация заканчивается интеграцией результатов программной и аппаратных ветвей, моделированием полученной системы, проверкой функциональной корректности и сбором соответствующих оценочных профилей ключевых параметров для их анализа с целью дальнейшей оптимизации. Цикл повторяется до получения конкретных спецификаций программ и аппаратуры, совместно задающих встраиваемую систему, удовлетворяющую всем заданным требованиям. Затем проводится верификация спецификаций, и цикл проектирования завершается подготовкой отчуждаемого продукта, пригодного для интеграции в более крупные проекты «систем на чипе» (SoC) или для запуска в отдельное производство. Синтезируемые RTL (register transfer level) описания аппаратуры (обычно на VHDL/Verilog). Исходные (на С / ассемблере) и машинные (firmware) коды базовых системных и прикладных программ для целевой аппаратуры. Набор инструментов кросс-разработки (среда программирования -см. Документация для программистов (справочники по архитектуре системы, по системе команд, по поставляемому системному программному обеспечению и различным библиотекам, по среде программирования). Существует много различных методов и средств автоматизации проектирования аппаратуры (см. В случае встраиваемых систем огромное внимание уделяется задаче оптимального разбиения системы на аппаратные и программные компоненты (HW/SW partitioning and codesign) - см.