盲优化软硬件划分技术研究

• 作 者: 全浩军
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 软硬件划分 盲优化 人工鱼群算法 混合蛙跳算法 任务调度

在软硬件结合的嵌入式系统设计中，往往采用软硬件协同设计方法以缩短系统的研发周期，同时降低系统在成本、功耗等多方面的需求，而软硬件划分是软硬件协同设计中的重点和难点。现有的静态软硬件划分算法存在通用性差、对参数设置敏感、计算复杂等问题，而对动态软硬件划分的研究成果较少。本文以盲优化为主线对软硬件划分中划分与调度技术进行了深入研究，完成了以下工作：分析并指出了非盲优化软硬件划分中一维搜索算法存在的局限性，提出了基于贪婪规则的描述方法，该方法及相关定理的引入明确了一维搜索可以找到最优解的前提条件，保证了原理和算法的一致性。将人工鱼群算法引入到软硬件划分领域，从而提出一种新的软硬件划分盲优化方法。针对其应用于离散型问题时普遍存在的最优解出现概率低、收敛速度慢等问题，提出了基于随机步长和邻域搜索的改进方法。实验结果表明，改进后算法在寻优能力和收敛速度上优于原始算法，可更高效地完成软硬件划分任务。针对大规模系统的软硬件划分问题，提出了基于混合蛙跳算法的软硬件划分盲优化方法，并针对其存在的全局寻优能力差、收敛效率低等问题，提出了基于同优状态复位和双层自适应邻域搜索的改进方法。实验结果表明，在平均执行时间小于原算法的前提下，改进后算法的最优解等于或优于原算法，且最优解出现的次数等于或高于原算法。因此，改进后算法具有更强的全局寻优能力和更高的收敛效率。针对盲优化软硬件划分中的任务调度问题，提出了面向任务调度长度的METF算法和面向通信存储能力的MDF、MRF算法，并通过随机DAG图调度实验证明了以上三种算法的有效性。针对盲优化动态软硬件划分中的任务预测问题，提出了基于有序周期基的任务预测算法。对所选任务序列的预测实验表明，该算法具有一定的任务预测能力，可完成动态软硬件划分系统的预测任务。