基于UML和SystemC的软硬件协同设计研究

论文摘要

随着嵌入式系统在各个领域的广泛应用，嵌入式系统设计技术发展迅速。针对传统的嵌入式系统设计方法存在设计质量差，研制周期不能有效保障等问题，业界提出了软硬件协同设计方法。软硬件协同设计强调软件和硬件设计开发的并行性和交互性，克服了传统设计方法中把软件和硬件分开设计所带来的种种弊端，通过挖掘软硬件之间的协同性，达到系统高效工作的目的；软硬件协同设计还可以充分利用现有资源，缩短系统开发周期，降低系统成本，提高系统性能。近年来，嵌入式系统软硬件协同设计方法的研究十分活跃，但典型的软硬件协同设计方法仍存在着一些问题，这些问题限制了软硬件协同设计方法的普遍推广。本文通过对软硬件协同设计的研究，将UML和SystemC有机地结合起来应用在软硬件协同设计中，提出一种新的、较为完整的嵌入式系统软硬件协同设计的方法，并初步实现基于UML和SystemC的软硬件协同设计的设计系统。目前嵌入式系统软硬件协同设计研究还处于发展阶段，许多技术仍未成熟和实用化，但是它将给嵌入式系统设计带来革命性的变化，极大地提高设计生产力，软硬件协同设计的研究意义重大。本文首先介绍了软硬件协同设计的基本概念和国内外研究现状，并分别论述了系统描述阶段的技术、系统结构设计阶段的技术、软硬件设计与实现阶段的技术；接着结合POLIS、VULCAN和CORSAIR三种有代表性的软硬件协同设计方法，对系统描述、软硬件划分、软硬件实现综合等几个主要设计步骤进行了研究与分析，并提出了新的方法和思路；然后详细介绍了UML及基于UML的嵌入式系统建模技术，并以嵌入式手持终端系统来举例说明，重点研究将UML的视图转换成SystemC代码的算法；其次介绍了SystemC的基本概念，分析了SystemC的建模平台和仿真机制，并对基于SystemC的软硬件协同设计方法进行探讨；最后应用基于UML和SystemC的软硬件协同设计的设计思路，初步实现基于UML和SystemC的软硬件协同设计的设计系统，目的是建立一个用于嵌入式系统设计的开发环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 软硬件协同设计
• 2.1 软硬件协同设计基本概念
• 2.1.1 软硬件协同设计的定义
• 2.1.2 软硬件协同设计的过程
• 2.2 国内外研究现状
• 2.3 系统描述阶段的技术
• 2.4 系统结构设计阶段的技术
• 2.4.1 软硬件划分
• 2.4.2 软硬件协同综合
• 2.5 软硬件设计与实现阶段的技术
• 第3章 软硬件协同设计新方法
• 3.1 目前几种典型的嵌入式软硬件协同设计方法
• 3.2 提出新的方法和思路
• 第4章 UML及基于 UML的嵌入式系统建模技术
• 4.1 UML基本概念
• 4.1.1 UML发展历史
• 4.1.2 UML语言构造
• 4.2 基于 UML的嵌入式系统模型设计
• 4.3 Rose UML文件格式分析和相关文件生成
• 4.3.1 UML2SC工具
• 4.3.2 Rose UML文件信息提取和文本文件的生成
• 第5章 SystemC及其在软硬件协同设计中的应用
• 5.1 SystemC基本概念
• 5.1.1 SystemC 2.0的体系结构
• 5.1.2 SystemC中重要名词
• 5.1.3 SystemC与传统硬件描述语言的异同
• 5.2 SystemC建模平台
• 5.3 SystemC仿真机制
• 5.3.1 调度算法
• 5.3.2 层次结构管理
• 5.3.3 SystemC仿真内核执行过程
• 5.4 基于 SystemC的嵌入式系统软硬件协同设计
• 第6章 基于 UML和 SystemC的软硬件协同设计方法实现
• 6.1 基于UML和SystemC的软硬件协同设计的设计系统
• 6.2 嵌入式系统分析与设计的UML类图
• 6.3 UML到 SystemC的转换
• 6.3.1 SystemC主函数文件的生成
• 6.3.2 SystemC模块文件的生成
• 6.4 软硬件划分
• 6.4.1 构建算法库
• 6.4.2 构建成本库
• 6.5 软硬件实现综合和模拟验证
• 6.5.1 基于 SystemC的软硬件综合和模拟
• 6.5.2 CoCentric系列软件
• 第7章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文