资源模型与系统级描述语言的硬件综合

精品文档 你我共享资源模型与系统级描述语言的硬件综合【摘要】：为更好地描述分析嵌入式系统的行为,近年来出现了系统级描述语言。但系统级程序通常是目标平台无关的。为了挖掘程序最大的运行性能,需要在设计空间中进行探索,将程序模块映射到各目标器件上,并且将各种有关实现细节的决策在新的程序文本中体现出来。这一“探索—决策—重写”的过程是一个不断地从抽象到具体的精化过程。而无论“探索”和“决策”的结果如何,对“重写”而言,都必须保证不在“重写”的过程中引入有违高层规范的实现错误。这需要有与之匹配的理论与工具的支持。本文继承了用数学方法研究编译器设计的传统,以UTP为理论工具,着重探讨了与硬件综合相适应的有资源的指称语义理论框架。在该理论框架中,静态资源模型给出了资源约束的“质”的一面。它指出只有当程序满足资源特性的时候,程序才能正常运行。否则,程序就会发生错误。该模型把所有有违资源特性的错误程序都归结为“取消作业”。这样处理的好处是便于构造正确性可证明的编译器设计的理论基础。在此基础上 ,我们给出了编译器设计的一般规范和三个应用。资源不但有质的特性,也有量的特性。其后的有限资源模型是第一个模型在“量”的方面的扩展。它刻画了系统可用资源的数量将随程序的运行而减少,直至可用资源全部耗尽这一现象。同时我们发现在有限资源环境下资源重用带来的程序行为的不确定性,并探讨了消除这些不确定性的方法。为了提高资源的利用率,我们通常会让几个并发进程共享资源。我们结合了CSP,UTP,ActionTrace和SeparationLogic等理论工具给出了统一解腹有诗书气自华精品文档 你我共享决资源冲突和访问冲突的并发进程共享资源模型,并用该方法讨论了资源共享中常见的冲突消解和死锁等问题。除了正确性,好的编译器还应有较高的效率。编译器也是个程序,我们把程序比较的方法扩展到编译器比较上来,构造了“资源性能模型”。在考察了目标芯片的技术特性之后,我们给出了在预编译阶段,资源分配阶段,代码生成阶段和器件选型阶段等多个时期的硬件编译优化算法。理论和试验证明了这些方法的有效性。经优化,我们的综合器给出了小而快的网表。这些资源预编译子句和资源分配算法为我们提供了高性能的资源定制和可靠的资源调度方法。而基于资源模型的硬件综合方法的本质是一个将程序从无资源约束环境转换到有资源约束环境的映射,它具有普遍的理论意义和应用价值。它不仅适用于硬件综合,也可用于软件编译,特别是可重定向软件编译器设计。【关键词】：硬件综合资源模型系统描述语言指称语义编译器【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2006【分类号】：TP312.1【目录】：第一部分引论12-34§1研究意义12§2系统级描述语言与实现方法12-20§2．1系统级描述语言的分类12-16§2．2系统级规范语言的实现16-20§3程序理论与编译器设计20-26§3．1程序分析的数学方法21-22§3．2正确性可证明的编译器设计理论22-24§3．3ProCoS的编译器设计方法24-26§4实现模型与资源理论腹有诗书气自华精品文档 你我共享26-29§4．1实现模型中的资源因素 26-28§4．2相关的资源理论28-29§5本文的贡献29-34第二部分顺序程序无资源模型下的硬件综合34-47§6顺序程序无资源的语义模型 34-40§6．1顺序程序的文法34-35§6．2无资源语义模型 35-37§6．3顺序程序构造的语义 37-40§7硬件综合40-47§7．1数字电路基础41-42§7．2硬件范式42-43§7．3多路技术43-44§7．4解释器44-45§7．5硬件编译子句45-47第三部分顺序程序的资源模型与硬件综合 47-73§8简单资源模型与预编译规范47-61§8．1简单资源模型47-52§8．2有限资源配置模型52-57§8．3同质资源模型57-59§8．4存储器访问无冲突模型59-61§9简单资源模型下的预编译优化61-65§9．1编译器比较规范61§9．2简单资源模型下以开销最少临时变量为目的的预编译优化61-65§10可重用资源模型与预编译规范65-73§10．1基本资源配置模型65§10．2可重用资源与消耗性资源65-67§10．3资源回收模型67-70§10．4面向资源分配的程序预编译规范 70-73第四部分并发与通讯程序的硬件综合73-91§11并发与通讯程序在无资源模型下的硬件综合73-77§12共享资源模型下的硬件综合77-91§12．1动作，记录，迹78-83§12．2程序语义83-85§12．3无冲突的资源调度85-87§12．4面向冲突消解的预编译器设计规范87§12．5面向减少死锁的预编译器设计规范87-91第五部分体现目标资源特性的资源性能模型与综合器优化 91-118§13编译过程中的综合优化 91-114§13．1FPGA结构93-95§13．2HWNF的多路器优化95-101§13．2．1一种新的多路器逻辑表示方法95-98§13．2．2针对FPGA的多路优化技术 98-100§13．2．3多路器腹有诗书气自华精品文档 你我共享综合方法比较100-101§13．3卫语句的硬件综合优化101-106§13．3．1当前的卫语句的综合方法101-103§13．3．2基于进位多路器的alt综合方法103-104§13．3．3alt语句综合的资源性能实验104-106§13．4过程编译的优化 106-111§13．4．1过程实现的语义与资源开销比较106-109§13．4．2最快运行速度下最少资源开销的资源分配方法规范109-111§13．4．3有限资源下最快性能的资源分配方法规范111-114§14小结与展望114-116§15致谢116-117§16作者简介117-118参考文献118-122 本论文购买请联系页眉网站。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰 “能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也 。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，腹有诗书气自华