一种基于时间自动机的软硬件最优划分的可视化方法
【专利摘要】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。
【专利说明】-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】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 现有的嵌入式系统软/硬件协同划分主要存在两方面缺陷：
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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：
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 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。
[0016] 图2是本发明一实施方式的工作流模型例子示例图
[0017] 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】
[0018] 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。
[0019] 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（Graphic Modeling 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。
[0020] 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。
[0021] 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显不的是时间自动机的不意图。其中Pi表不不意图中时间自 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）。Tokerii表示静态确定的Pi的前驱节点的总个数。CSi表示软件时钟，(?表示硬件时 钟。STe Xei表示Pi在软件中执行时间估计。HTeXei A在硬件中执行时间估计。Pi < Ρ』：表 示Pi是Ρ」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A的所有前继节点是否完成已经 结束（Xi = Tokerii ;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)。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
【权利要求】
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； 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。
【文档编号】G06F9/50GK104156269SQ201410350399
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】陈铭松, 黄赛杰, 蒲戈光 申请人:华东师范大学