HW-SW-Codesign auf Basis von C-Programmen unter Performanz-Gesichtspunkten:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
1996
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Berichte aus der Informatik
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| Beschreibung: | Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 1996 |
| Beschreibung: | XII, 152 S. graph. Darst. |
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| adam_text | Titel: HW-SW-Codesign auf Basis von C-Programmen unter Performanz-Gesichtspunkten
Autor: Hardt, Wolfram
Jahr: 1996
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ¦ iii
Abbildungsverzeichnis vii
Tabellenverzeichnis xi
1 Einleitung 1
1.1 Ziel dieser Arbeit 3
1.2 Aufbau dieser Arbeit 4
2 Grundlagen 5
2.1 Partitionierung 5
2.1.1 Random-Mapping 6
2.1.2 Hierarchical-Clustering 6
2.1.3 Group Migration 7
2.1.4 Ratio-Cut 7
2.1.5 Simulated Annealing 7
2.1.6 Integer Linear Programming 8
2.2 Abschätzung 8
2.3 High-Level-Synthese 11
2.3.1 Scheduling 11
2.3.2 Allokation und Binding 12
2.3.3 Verbinden 13
2.4 Zusammenfassung 14
3 Stand der Forschung 15
3.1 Sprachen zur Systembeschreibung 15
3.1.1 SW-orientierte Sprachen 15
3.1.2 HW-orientierte Sprachen 16
3.2 HW/SW-Partitionierung 17
3.3 Zielarchitektur 18
3.4 HW/SW-Interface 19
3.5 HW/SW-Prototyp 19
3.6 Zusammenfassung 20
4 HW/SW-Partitionierung 21
4.1 Partitionierungskonzept 23
jv Inhaltsverzeichnis
4.2 Betrachtungsgranularität 25
4.2.1 Assembler-Instruktions Ebene 26
4.2.2 Hochsprachen-Ebene 26
4.2.3 Ebene elementarer Einheiten 28
4.2.4 Applikations-Ebene 30
4.2.5 Zusammenfassung 31
4.3 Kriterien zur HW/SW-Parütionierung 31
4.3.1 Komplexität einer elementaren Einheit 32
4.3.2 Funktionalität einer elementaren Einheit 34
4.3.3 Schnittstelle einer elementaren Einheit 36
4.3.4 Speicherzugriffverhalten einer elementaren Einheit 37
4.4 Partitionierungsalgorithmus 40
4.5 Performanz-Abschätzung 42
4.5.1 Performanzmodell 44
4.5.2 Abschätzungs-Methode 46
4.6 Zusammenfassung 49
5 Analyse der Verhaltensbesehreibung 51
5.1 Verfahren zur Extraktion des DA-Kriteriums 52
5.2 Verfahren zur Extraktion des SA-Kriteriums 54
5.2.1 Instruktions-Analyse 55
5.2.2 Block-Analyse 56
5.2.3 Verkettete Analyse 57
5.3 Verfahren zur Extraktion des PA-Kriteriums 58
5.4 Verfahren zur Extraktion des MA-Kriteriums 59
5.5 Zusammenfassung 62
6 Prototyp-Architektur 63
6.1 Anforderungen 63
6.2 Emulation 64
6.3 Adaptierung 65
6.4 Auswahl 66
6.5 Zusammenfassung 68
7 HW/SW-Interface 69
7.1 Anforderungen 69
7.2 Integration 70
7.2.1 Schnittstellen der CPU 70
Inhaltsverzeichnis v
7.2.2 Kommunikationsprotokolle 72
7.3 Interface-Konzept 73
7.3.1 Interface-Pipeline 74
7.3.2 Steuerung 76
7.3.3 SFU-Bus 76
7.3.4 Instruktionssatz 78
7.3.5 Spezial-HW 79
7.4 Registermonitor 80
7.4.1 Definition 81
7.4.2 Bewertung 83
7.5 Implementation 88
7.6 Zusammenfassung 88
8 Ergebnisse 89
8.1 Beispiele 89
8.1.1 Codierung 89
8.1.1.1 Gzip 89
8.1.1.2 uuencode 89
8.1.1.3 Crypt 89
8.1.2 Compiler 90
8.1.2.1 FOOGOL 90
8.1.2.2 Cpp 91
8.1.2.3 Ccl 92
8.1.3 Textanalyse 94
8.1.3.1 Grep-2.0 94
8.1.3.2 FlND-4.0 94
8.1.4 Bildverarbeitung 95
8.1.4.1 JPEG 95
8.1.4.2 Povray 96
8.1.4.3 TOPOC 96
8.1.5 Simulation: Thbridge 97
8.1.6 Verschiedene 97
8.1.6.1 HLS-Benchmarks 97
8.1.6.2 Fuzzy 98
8.1.6.3 KMP-Wortsuche 98
8.2 Bewertung der Analyseverfahren 101
8.2.1 Dynamische Analyse 101
8.2.2 Statische Analyse 103
8.2.2.1 Stabilität 104
8.2.2.2 Genauigkeit 109
vi Inhaltsverzeichnis
8.2.2.3 Parametrisierung 111
8.2.3 Parameter-Analyse 112
8.2.4 Analyse des Speicherzugriffverhaltens 114
8.2.4.1 Aufwand 114
8.2.4.2 Ressourcen 116
8.2.4.3 Parametrisierung 117
8.2.5 Schlußfolgerung 119
8.3 HW/SW-Partitionierung 121
8.3.1 HW-Parütion 121
8.3.2 Plausibilität 124
8.3.3 Performanz-Steigerung 125
8.4 HW/SW-Interface 126
8.4.1 Simulation 127
8.4.2 Implementation 128
8.4.3 Performanz 129
8.5 Implementation der Verfahren 130
8.6 Zusammenfassung 130
9 Zusammenfassung 133
Bibliographie 135
Index 147
Anhang 151
A Abkürzungen 151
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1.1: Entwurfsperioden verschiedener Systemkomponenten 1
Abbildung 1.2: Wesentliche Entwurfsschritte im HW/SW-Codesign 2
Abbildung 1.3: Entwurfsebenen (a) und Entwurfskonzept (b) 3
Abbildung 2.1: Lokales Minimum - globales Minimum 6
Abbildung 2.2: Beispiele für die Fidelity einer Abschätzungsmethode 10
Abbildung 2.3: Transformationsschritte in der High-Level-Synthese 11
Abbildung 2.4: Verbindungsstrukturen im Vergleich 13
Abbildung 4.1: Konzept für HW/SW-Partitionierung 25
Abbildung 4.2: Ebenen, zum Vergleich von HW- und SW-Ausführungszeit 25
Abbildung 4.3: Ausführungszeit von C-Konstrukten [65] 27
Abbildung 4.4: HW-Implementation des switch-Konstruktes 28
Abbildung 4.5: Ave/Max-Quotient für verschiedene Beispiel-Applikationen 30
Abbildung 4.6: Partitionierungsalgorithmus 42
Abbildung 4.7: Funktionale Problembeschreibung 43
Abbildung 4.8: Performanzmodell 45
Abbildung 5.1: Schritte im Entwurfsprozeß 51
Abbildung 5.2: Verfahren zur Extraktion des DA-Kriteriums 54
Abbildung 5.3: Verfahren zur Extraktion des SA-Kriteriums 55
Abbildung 5.4: Algorithmus zur Instruktions-Analyse 55
Abbildung 5.5: Konzept der Block-Analyse 57
Abbildung 5.6: Beispiel für verkettete Analyse 58
Abbildung 5.7: Verfahren zur Extraktion des PA-Kriteriums 58
Abbildung 5.8: Verfahren zur Extraktion des MA-Kriteriums 59
Abbildung 5.9: Lokaler und globaler Adreßbereich 60
Abbildung 5.10: Szenario zur Aanalyse der Verhaltensbeschreibung 62
Abbildung 6.1: Prototyp-Architektur basierend auf ICE 65
Abbildung 6.2: Typische Verbindungsstruktur der von Neumann-Architektur 66
Abbildung 6.3: Gegenüberstellung von Bus- und PzP-Verbindungen 66
Abbildung 6.4: Prototyp-Architektur, basierend auf Sparc-Komponenten 67
viü Abbildungsverzeichnis
Abbildung 7.1: CPU-Schnittstellen im Vergleich 72
Abbildung 7.2: Konzeption der SFU 74
Abbildung 7.3: Pipeline-Stufen für jeden Co-Prozessor 75
Abbildung 7.4: Decode-Stufe der Pipeline 75
Abbildung 7.5: Zeitliche Belegung des SFU-Bus 78
Abbildung 7.6: Mikroarchitektur der Spezial-HW 79
Abbildung 7.7: SFU-Abarbeitungsphasen eines Algorithmus 80
Abbildung 7.8: Optimierte SFU-Abarbeitungsphasen eines Algorithmus 80
Abbildung 7.9: Register mit Registermonitor 83
Abbildung 7.10: Datenfluß von Beispiel 1 und Beispiel 2 84
Abbildung 7.11: Hierarchische Strukturierung der VHDL-Beschreibung der SFU 88
Abbildung 8.1: Chiffrierungsalgorithmus von Filipponi und Montolivio 90
Abbildung 8.2: Grammatik der FooGOL-Programmiersprache 91
Abbildung 8.3: Jpeg Basismethode 96
Abbildung 8.4: Povray: Bild und Bildbeschreibung 96
Abbildung 8.5: Konzeption des Fuzzy-Beispiels 98
Abbildung 8.6: KMP-Algorithmus zur Wortsuche 99
Abbildung 8.7: DA-Analyse für verschiedene Eingabe-Datensätze 101
Abbildung 8.8: Parametrisierung der DA-Analyse 102
Abbildung 8.9: Ergebnisse der SA-Analyse für Codierungs-Anwendungen 105
Abbildung 8.10: SA-Analyse von Compiler-Anwendungen 106
Abbildung 8.11: SA-Analyse von Textanalyse-Anwendungen 107
Abbildung 8.12: SA-Analyse von Bildverarbeitungs-Anwendungen 108
Abbildung 8.13: SA-Analyse der Simulations-Anwendung 109
Abbildung 8.14: Statische Approximation der Abarbeitungszeit 110
Abbildung 8.15: Einfluß der Parametrisierung auf die statische Analyse 112
Abbildung 8.16: Bewertung der Parameteranalyse 113
Abbildung 8.17: Architekturanalyse durch Parametrisierung der MA-Analyse 118
Abbildung 8.18: Automatisch generierte HW-Partitionen 122
Abbildung 8.19: Partitionierungsdaten 123
Abbildung 8.20: Ausschnitt aus dem Aufrufgraph der Anwendung Cryft 124
Abbildung 8.21: RT-Simulation der Ansteuerung der SFU durch die CPU 127
Abbildungsverzeichnis ix
Abbildung 8.22: RT-Simulation der SFU -Pipeline 127
Abbildung 8.23: RT-Simulation der SFHW 128
Abbildung 8.24: Größe der SFSU 129
Abbildung 8.25: Einbettung des Codesign-Werkzeugs 131
Tabellenverzeichnis
Tabelle 4.1: HW/SW-Schnittstelle verschiedener Prozessoren 26
Tabelle 4.2: Interpretation des Ave/Max-Quotienten 30
Tabelle 4.3: Beispiel-Konstanten für die HW/SW-Partitionierung 36
Tabelle 4.4: Breite der binären Datenrepräsentation des SPARC-Prozessors 36
Tabelle 4.5: Genauigkeit und Komplexität von Scheduling-Verfahren 44
Tabelle 7.1: Abarbeitungszeit für Datentransfer 71
Tabelle 7.2: Verschiedene Verteilungen der Kommunikationsinstruktionen 71
Tabelle 7.3: Signale des internen SFU-Bus 77
Tabelle 7.4: Codierung der SFU-Instruktionen 79
Tabelle 7.5: Anschlüsse des Operandenregisters mit Registermonitor 83
Tabelle 7.6: Ausführungszeit der Beispiele 84
Tabelle 7.7: Zeitgewinn durch Registermonitor für Beispiel 1 85
Tabelle 7.8: Ausführungszeit von Beispiel 2 ohne Registermonitor 86
Tabelle 7.9: Zeitgewinn durch Registermonitor für Beispiel 2 86
Tabelle 8.1: Charakteristika der untersuchten Beispielanwendungen 99
Tabelle 8.2: Optimierungsstufen des GNU C- Compilers 103
Tabelle 8.3: Approximationsalgorithmen 109
Tabelle 8.4: Abarbeitungsdauer der einzelnen Approximationsverfahren 111
Tabelle 8.5: Wahl der Parametrisierung der SA-Analyse 111
Tabelle 8.6: MA-Comilierung und Standard-Compilierung 115
Tabelle 8.7: Abarbeitungsdauer von MA- und DA-Analyse 115
Tabelle 8.8: Abarbeitungsdauer von MA- und DA-Analyse 116
Tabelle 8.9: Wahl der Parametrisierung für die MA-Analyse 117
Tabelle 8.10: Berechnungsdauer der HW/SW-Partitionierung 121
Tabelle 8.11: Ergebnis der Anschätzungsmethode 125
Tabelle 8.12: Experimentell bestimmter Speedup für Anwendung Crypt 126
Tabelle 8.13: Emulationsdaten des HW/SW-Interface 128
Tabelle 8.14: Performanz des HW/SW-Interface 130
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| spelling | Hardt, Wolfram 1965- Verfasser (DE-588)1200886585 aut HW-SW-Codesign auf Basis von C-Programmen unter Performanz-Gesichtspunkten Wolfram Hardt Als Ms. gedr. Aachen Shaker 1996 XII, 152 S. graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Berichte aus der Informatik Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 1996 Hardwareentwurf (DE-588)4159103-3 gnd rswk-swf Partitionierung (DE-588)4139496-3 gnd rswk-swf Softwareentwicklung (DE-588)4116522-6 gnd rswk-swf Systementwurf (DE-588)4261480-6 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Hardwareentwurf (DE-588)4159103-3 s Softwareentwicklung (DE-588)4116522-6 s Partitionierung (DE-588)4139496-3 s Systementwurf (DE-588)4261480-6 s DE-604 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=007450162&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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