CN104156269B - 一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法，包括以下步骤：工作流建模步骤：利用图形建模框架创建多个模块，根据各模块的偏序关系绘制工作流模型；时间自动机模型设计步骤：为每个模块设计时间自动机，构建工作流模型的时间自动机模型；资源管理步骤：通过仿真执行时间自动机模型，获得单次资源分配策略下执行工作流模型的消耗时间；最优化划分实现与反馈步骤：根据消耗时间获取软件与硬件消耗时间最优的最优资源分配策略，同时在图形建模框架中可视化地显示最优资源分配策略下的软硬件分配。本发明高效地获得软硬件资源分配的最优解，输出直观解决方案，可使软硬件协同工程尽快部署并实施。

Description

一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法
技术领域
本发明涉及嵌入式系统，尤其涉及一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法。
背景技术
嵌入式系统是软件和硬件一体化的系统。系统中的功能模块既可由硬件完成，也可由软件来实现。软硬件分配策略需要权衡时间、性能和模块间约束等因素。通过分析软/硬件组合情况决定单个模块由硬件或软件实现，这个过程被称为嵌入式系统软/硬件协同划分。目前嵌入式系统软/硬件协同划分技术还不成熟，而嵌入式系统结构日益复杂，开发时间要求日益紧迫，使得软/硬件协同综合问题成为嵌入式设计的关键问题之一。
现有的嵌入式系统软/硬件协同划分主要存在两方面缺陷：
1)在传统的嵌入式设计方法中，划分软件和硬件的工作是由设计者手工完成的，划分结果的好坏依赖于设计者的经验且效率低下，在系统设计开发过程中变得日益突出。
2)设计一个嵌入式系统不仅要考虑单个模块的性能参数，还要考虑因模块间的依赖关系导致的资源约束。许多协同方法只考虑有限个性能参数，因此需要一种即可评估多种性能参数同时考虑模块依赖关系的协同划分方法。
发明内容
本发明提出了一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法，包括以下步骤：
工作流建模步骤：利用图形建模框架创建多个模块，根据各模块的偏序关系绘制工作流模型；
时间自动机模型设计步骤：为每个所述模块设计时间自动机，构建所述工作流模型的时间自动机模型；
资源管理步骤：通过仿真执行所述时间自动机模型，获得单次资源分配策略下执行所述工作流模型的消耗时间；
最优化划分实现与反馈步骤：根据所述消耗时间获取软件与硬件消耗时间最优的最优资源分配策略，同时在所述图形建模框架中可视化地显示所述最优资源分配策略下的软硬件分配。
本发明提出的所述基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法中，所述时间自动机模型中的节点为单个模块内部预设的工作状态和所述工作状态的迁移行为，所述工作状态包括等待、硬件执行、软件执行和结束。
本发明提出的所述基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法中，所述时间自动机模型进一步根据所述工作流模型获得所述工作状态迁移行为的触发条件和资源约束条件。
本发明提出的所述基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法中，通过利用所述图形建模框架中的检验工具进行设计空间搜索和仿真对所述消耗时间进行排序，得到整体消耗时间最短的软硬件分配作为最优资源分配策略。
本发明的有益效果是：可以高效地获得软硬件资源分配的最优解，并且为用户提供交互式工作流建模方法，简化工作流建模，输出直观解决方案，可使软硬件协同工程尽快部署并实施。
附图说明
图1是本发明的基于时间自动机的软硬件最优划分方法的流程图。
图2是本发明一实施方式的工作流模型例子示例图
图3是本发明一实施方式的时间自动机例子示例图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
本发明基于时间自动机的软硬件最优划分方法是利用图形建模框架(GraphicModeling Framework，GMF)实现工作流交互式设计界面，该界面允许用户进行工作流的建模与模块参数的输入，该图形建模框架通过分析各模块的依赖关系和消耗时间获得最优资源分配策略，并实时可视化地显示最优资源分配策略下的软硬件分配。图1是根据本发明基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法的流程图，其中包括：工作流建模步骤S1、时间自动机模型设计步骤S2、资源管理步骤S3和最优化划分实现与反馈步骤S4。以下对于每个步骤进行详细说明。
工作流建模步骤S1中，用户根据模块设计构思，在嵌入式系统提供的图形建模框架上交互式地绘制工作流模型。工作流模型中包括模块、约束等元素，各个元素由图形建模框架提供。同时，在该交互式界面的每个模块上为用户提供模块数据录入接口，用户输入的数据包括软件和硬件的执行时间、硬件资源数目等，用作最优划分的依据。图2显示的是实施例中工作流模型的示意图，其描述的是股票交易系统中各个交易进程模块和整体工作流程。每个模块拥有已知的需要在硬件和软件上分别执行所需的时间，以及给予分配的硬件资源数目。
模块时间自动机模型设计步骤S2中，在该交互式界面的后台生成工作流模型相应的时间自动机模型，利用时间自动机来表示单个模块内部的跳转行为，以及模块间的偏序以及资源约束关系。图3显示的是时间自动机的示意图。其中Pi表示示意图中时间自动机的一个节点；HR表示当前硬件是否空闲，1表示空闲，0表示被占用。SR表示当前CPU是否空闲，1表示空闲，0表示被占用。Xi表示Pi当前前驱节点已经完成的个数(动态确定)。Tokeni表示静态确定的Pi的前驱节点的总个数。CSi表示软件时钟，CHi表示硬件时钟。STexei表示Pi在软件中执行时间估计。HTexei：Pi在硬件中执行时间估计。Pi＜Pj：表示Pi是Pj的前驱节点。以上信息构成模块内部状态和迁移关系，以及模块间的依赖关系。参阅图2，如果Pi在软件中执行，则首先判断Pi两个条件：Pi的所有前继节点是否完成已经结束(Xi＝Tokeni；CPU是否空闲(SR＝1)如果条件满足，则进入srun节点，同时把CPU置为忙(SR：＝0)。
资源管理步骤S3中通过仿真工具执行步骤S2中建立的时间自动机模型，获取单次资源分配策略，并在执行结束后获知在当前资源配置下完成系统的执行所消耗时间，生成配置与执行时间的映射表并将执行所消耗时间记录在配置与执行时间的映射表中。
最优化划分实现与反馈步骤S4中通过调用图形建模框架中的模型检验工具进行设计空间搜索，对配置与执行时间的映射表中的时间由小到大排序，得到在资源约束下的系统执行时间最优解。上述最优解是指在限定的硬件和软件资源的情况下，通过合理的软硬件划分，使得该划分下的硬件和软件完成任务的整体消耗时间最短。
同时反馈当前最优的资源配置实现软硬件最优划分。接着将该最优的资源配置输出到图形建模框架中，将工作流模型中各模块的软硬件划分情况以不同的颜色标注，以实现可视化的结果反馈。
本发明实施方式考察的目标为即工程消耗时间最少，同时在图形建模框架可视化显示最优划分时各模块的软件/硬件的分配。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (4)

1.一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法，其特征在于，包括以下步骤:
工作流建模步骤：利用图形建模框架创建多个模块，根据各模块的偏序关系绘制工作流模型；
时间自动机模型设计步骤：为每个所述模块设计时间自动机，构建所述工作流模型的时间自动机模型；
其中，所述时间自动机模型包括4个节点：等待节点、软件执行节点、硬件执行节点和结束节点；节点之间迁移关系为每个进程Pi先处于等待节点；当Pi的所有前继节点都已经结束时,判断当前CPU或硬件是否空闲，若CPU空闲，那么Pi就进入软件执行的节点；若当硬件空闲,那么Pi就进入硬件执行节点；随后，当Pi进程在对应的软件执行或硬件执行的时间满足估计的执行时间时，释放对应的软件或硬件资源，并标记Pi进程为结束进程，进入结束节点；
资源管理步骤：通过仿真执行所述时间自动机模型，获得单次资源分配策略下执行所述工作流模型的消耗时间；
最优化划分实现与反馈步骤：根据所述消耗时间获取软件与硬件消耗时间最优的最优资源分配策略，同时在所述图形建模框架中可视化地显示所述最优资源分配策略下的软硬件分配。
2.如权利要求1所述的基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法，其特征在于，所述时间自动机模型中的节点为单个模块内部预设的工作状态和所述工作状态的迁移行为，所述工作状态包括等待、硬件执行、软件执行和结束。
3.如权利要求2所述的基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法，其特征在于，所述时间自动机模型进一步根据所述工作流模型获得所述工作状态迁移行为的触发条件和资源约束条件。
4.如权利要求1所述的基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法，其特征在于，通过利用所述图形建模框架中的检验工具进行设计空间搜索和仿真对所述消耗时间进行排序，得到整体消耗时间最短的软硬件分配作为最优资源分配策略。
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