一種基于離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SoC軟/硬件劃分方法技術(shù)

一種基于離散Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的ＳｏＣ軟／硬件劃分方法，首先采用圖論的描述方法，將ＳｏＣ軟／硬件自動劃分（簡稱ＳｏＣ劃分）問題轉(zhuǎn)化為一個具體的組合優(yōu)化問題，引入了ＳｏＣ劃分問題的一個新模型，然后，根據(jù)ＳｏＣ劃分問題的特點，重新定義了離散Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元表示、能量函數(shù)、運行方程和系數(shù)，將離散Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為ＳｏＣ劃分優(yōu)化求解算法，對ＳｏＣ芯片的功能進行軟／硬件自動劃分實現(xiàn)。與遺傳算法和螞蟻算法等同類算法相比，本發(fā)明專利技術(shù)最優(yōu)解搜索空間縮小，難度大大降低，搜索時間顯著優(yōu)于前兩種算法。同時，在一定硬件面積約束條件下本發(fā)明專利技術(shù)的軟／硬件劃分結(jié)果明顯縮短了ＳｏＣ程序的運行時間。附圖是本發(fā)明專利技術(shù)離散Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及SoC芯片的軟/硬件協(xié)同設(shè)計及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法
，尤其是涉及。
技術(shù)介紹
SoC(System-on-a-Chip)，簡稱片上系統(tǒng)或系統(tǒng)芯片，作為嵌入式系統(tǒng)的一種新形式，通常在一個IC(Integrated Chip集成電路芯片)里實現(xiàn)了能夠完成單個計算機系統(tǒng)功能所需的硬件集成電路和嵌入式軟件。同傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)相比，SoC具有許多明顯的優(yōu)點，如體積小、功耗低、可靠性高以及更高的性價比等，缺點是復(fù)雜性上升、設(shè)計成本高、開發(fā)周期長，完全改變了先前整機系統(tǒng)的總體設(shè)計架構(gòu)。SoC通常是一個定制的IC，一般由通用的微處理器核、可邏輯編程的硬件單元、應(yīng)用相關(guān)的硬件加速電路和相應(yīng)的嵌入式軟件組成。SoC芯片設(shè)計結(jié)合了IC(包括模擬集成電路和數(shù)字集成電路，甚至射頻集成電路)設(shè)計和嵌入式軟件(包括嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序)開發(fā)兩方面的內(nèi)容，不但是國家“鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策”(即18號文件)支持的重點，而且是學(xué)術(shù)界的研究熱點和工業(yè)界大力推廣應(yīng)用的一項新技術(shù)。目前在SoC的開發(fā)方法中，協(xié)同仿真與協(xié)同驗證方法相對成熟，并有一些EDA(ElectronicDesign Automation電子設(shè)計自動化)工具在應(yīng)用中取得了良好的效果，如Mentor Graphics公司的Seamless CVE、Synopsys公司的Eagle I和Celoxica公司的DSM等。SoC的設(shè)計方法(如軟/硬件協(xié)同設(shè)計)還不成熟，EDA設(shè)計工具主要使用現(xiàn)有的IC設(shè)計工具拼湊而成，許多技術(shù)難題尚待攻破。其中，SoC的軟/硬件自動劃分(Software-hardware Automated Partitioning)是一個重要問題。隨著SoC技術(shù)和產(chǎn)品在市場上的日益流行，根據(jù)其結(jié)構(gòu)，SoC的功能并非只能采用硬件實現(xiàn)，部分功能采用軟件實現(xiàn)能夠大大提高SoC的靈活性等性能。SoC的軟/硬件自動劃分(簡稱SoC劃分)是SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計(Hardware-software Co-design)方法的一個關(guān)鍵步驟，它決定了SoC的哪些功能應(yīng)該由硬件實現(xiàn)，哪些功能應(yīng)該由軟件實現(xiàn)，其劃分結(jié)果直接影響到SoC產(chǎn)品的開發(fā)效率和質(zhì)量，這既是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個傳統(tǒng)問題，也是當(dāng)前SoC設(shè)計面臨的一個新問題。此外，SoC劃分也是可配置(Re-configurable)的嵌入式系統(tǒng)、應(yīng)用相關(guān)(Application-specific)的嵌入式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)自動生成(Automatic Generation)研究與開發(fā)的重要基礎(chǔ)。面對SoC劃分問題，一些研究者從不同的角度，為滿足不同的目標(biāo)要求提出了各目的軟/硬件自動劃分方法，主要包括模擬退火算法、遺傳算法、螞蟻算法、禁忌搜索算法、Petri Nets、整數(shù)線性規(guī)劃等。但是，由于SoC系統(tǒng)非常復(fù)雜，在SoC建模、約束條件和多目標(biāo)的提煉、優(yōu)化求解算法設(shè)計、劃分結(jié)果評價以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等問題上，建模和算法求解難度較大，過去的許多算法難以保證劃分結(jié)果是最優(yōu)的，或次優(yōu)的。有關(guān)的研究近幾年進展緩慢，只在一些EDA工具中得到了初步的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
SoC劃分是一個NP完全問題，其主要目標(biāo)是將SoC的功能行為在一定約束條件下優(yōu)化地分配到SoC的軟/硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上。在有些研究中，將SoC劃分作為SoC軟/硬件綜合的一部分。SoC的功能行為一般采用任務(wù)圖(Task Graph)建模，對軟件而言，一個任務(wù)是具有明確接口的、粗粒度的一系列運算操作的集合，通常表現(xiàn)為一個算法過程、一個對象或一個構(gòu)件；對硬件而言，一個任務(wù)是一個特定的IP(Intellectual Property知識產(chǎn)權(quán))模塊，具有清晰的功能、接口和約束。本專利技術(shù)的目的在于提供了一種基于離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SoC劃分優(yōu)化求解算法，解決其技術(shù)難題所采用的技術(shù)方案是1、采用圖論的描述方法，將SoC劃分問題轉(zhuǎn)化為一個具體的組合優(yōu)化問題，引入了SoC劃分問題的一個新模型，成功地實現(xiàn)了SoC劃分問題的建模，這有助于理解SoC劃分的本質(zhì)，為設(shè)計最優(yōu)解搜索算法打下堅實的基礎(chǔ)。2、根據(jù)SoC劃分問題模型，采用離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搜索其最優(yōu)解，重新定義了離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元表示、能量函數(shù)、運行方程和系數(shù)，以滿足SoC劃分的特定要求。本專利技術(shù)的主要用途是采用離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對SoC芯片的功能進行軟/硬件自動劃分實現(xiàn)，該方法可作為相關(guān)EDA工具中SoC軟/硬件協(xié)同設(shè)計步驟的關(guān)鍵算法。與遺傳算法和螞蟻算法等同類算法相比，本算法最優(yōu)解搜索空間縮小，難度大大降低，搜索時間顯著優(yōu)于前兩種算法。同時，在一定硬件面積約束條件下本專利技術(shù)的軟/硬件劃分結(jié)果明顯縮短了SoC程序的運行時間。在詳細地說明之前，首先定義系統(tǒng)中使用的一些名詞、符號以及公式G一個有向無環(huán)圖，亦即一個SoC功能行為的任務(wù)圖，G＝(V，E)V將要劃分的任務(wù)節(jié)點集合，V＝{v1，v2，...，vn}E表示兩個節(jié)點間控制或數(shù)據(jù)依賴/通信關(guān)系的有向邊，E＝{eij，vi，vj∈V，i≠j}NG的任務(wù)節(jié)點的數(shù)量，N＝|V| PG的一個軟，硬件劃分VH劃分為硬件的節(jié)點子集，VHVVS劃分為軟件的節(jié)點子集，VSVs(vi)(或si)vi軟件實現(xiàn)的成本h(vi)(或hi)vi硬件實現(xiàn)的成本c(vi，vj)(或cij)vi和vj的通信成本，假如它們在不同的子集內(nèi)(硬件子集或軟件子集)。而同一個節(jié)點子集內(nèi)節(jié)點間的通信成本忽略不計。cjcji之和，ci=Σj=1,j≠iNcji]]>HP劃分P的硬件成本之和，HP=Σvi∈VHhi]]>SP劃分P的軟件成本之和，SP=Σvi∈VSsi]]>CP劃分P的通信成本之和，CP=Σvi∈VS,vj∈VHorvi∈VH,vj∈VScif]]>gp(VH，VS)劃分戶的系統(tǒng)整體成本fP(VH，VS)劃分P的系統(tǒng)整體性能附圖說明圖1是本專利技術(shù)SoC劃分問題模型示意圖。圖2是本專利技術(shù)離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步詳細說明本專利技術(shù)的思想。圖1是本專利技術(shù)的SoC劃分問題模型示意圖定義1(k路劃分)。對于給定的G＝(V，E)，k路劃分就是尋找簇的集合P＝{p1，p2，...，pk}，滿足pi⊆V,1≤i≤k∪i=1kpi=Vpi∩pj=φ,1≤i,j≤k,i≠j---(1)]]>當(dāng)k＝2時，P被稱為雙路劃分，它意味著在目標(biāo)系統(tǒng)中，考慮只有一個軟件子集(如一個通用的微處理器)和一個硬件子集(如一個ASIC或FPGA)的情況；當(dāng)k＞2時，P被稱為多路劃分，它意味著在目標(biāo)系統(tǒng)中，考慮多個軟件子集(如多個通用的微處理器)和多個硬件子集(如多個ASIC或FPGA)的情況。因此本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于離散Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ系統(tǒng)芯片或片上系統(tǒng)）軟／硬件劃分方法，其特征是：采用離散Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對ＳｏＣ芯片的功能進行軟／硬件自動劃分實現(xiàn)。與遺傳算法和螞蟻算法等同類算法相比，該方法最優(yōu)解搜索空間縮小，難度大大降低，搜索時間顯著優(yōu)于前兩種算法。同時，在一定硬件面積約束條件下該方法的軟／硬件劃分結(jié)果明顯縮短了ＳｏＣ程序的運行時間。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SoC(System-on-a-Chip系統(tǒng)芯片或片上系統(tǒng))軟/硬件劃分方法，其特征是采用離散Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對SoC芯片的功能進行軟/硬件自動劃分實現(xiàn)。與遺傳算法和螞蟻算法等同類算法相比，該方法最優(yōu)解搜索空間縮小，難度大大降低，搜索時間顯著優(yōu)于前兩種算法。同時，在一定硬件面積約束條件下該方法的軟/硬件劃分結(jié)果明顯縮短了SoC程序的運行時間...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭兵，沈艷，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：90[中國|成都]