检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈维伟中国科学院大学

学位级别：博士

深度神经网络算法和深度学习硬件加速器共同推动了深度神经网络不断向前发展，也使得深度神经网络向多个应用领域不断渗透。由于不同的应用领域和场景对于神经网络推理的功耗、延迟、精度等指标要求存在着巨大的差异性，以及神经网络专... 详细信息

深度神经网络算法和深度学习硬件加速器共同推动了深度神经网络不断向前发展，也使得深度神经网络向多个应用领域不断渗透。由于不同的应用领域和场景对于神经网络推理的功耗、延迟、精度等指标要求存在着巨大的差异性，以及神经网络专用硬件与神经网络模型的互相耦合，使得仅针对神经网络结构进行专用化设计或者仅使用通用的加速器硬件优化等已经越来越难以同时满足这些差异性巨大的需求。因而，神经网络结构和加速器软硬件协同设计成为了满足不同场景性能需求的一种有效手段。然而深度神经网络的模型和硬件设计协同优化融合了算法设计、编译映射方案优化和硬件设计，既需要了解硬件需求与设计规范，又需要掌握深度学习算法领域的专家知识，造成了较高的设计门槛。此外，协同设计涉及数量巨大的参数设计，实现一个高效的协同方案不仅给人工设计带来了很大的挑战，也带来了巨大的人工开销，极大地限制了神经网络软硬件协同设计的应用。　　因此，本文针对当前深度神经网络软硬件协同方法在特定应用上遇到的自动化程度低、人工开销大、效能不足的挑战，以领域专用计算对软硬件协同设计工具的需求为出发点，对神经网络处理器软硬件协同设计自动化进行了研究。本文从网络结构设计、编译优化、硬件设计优化三个层次出发，对神经网络与硬件优化参数协同设计、神经网络与模型编译自适应优化、减少协同设计评估开销以及提升协同搜索算法效率等关键性问题，提出了相应的解决方案。本文主要提出以下创新成果来解决神经网络和加速器协同设计自动化难题:　　1.神经网络结构与加速器协同设计自动化框架。本文提出了一种针对图像分类任务的网络结构和加速器软硬件自动协同设计的框架，其将网络结构和加速器设计融合到统一的设计空间中。该框架针对设计约束，自动搜索出运行性能与精度的帕累托最优协同设计方案，实现了端到端的深度学习推理定制和优化。实验表明，在真实的图像分类数据集上，相对于传统的网络结构和加速器分别独立优化的方法，本文提出的协同设计方法在同精度情况下，平均实现了40％的能耗降低。　　2.神经网络结构与编译策略协同设计自动化方案。本研究首次提出了基于编译映射优化和神经网络架构协同自动搜索框架CHaNAS，其不仅搜索神经网络架构，还搜索专用调度策略，进而可以提供更优的专用神经网络解决方案。为解决此协同设计探索空间过大的问题，本研究将协同设计转化为自底向上的基于块的网络结构构建和自顶向下的网络块编译优化，降低了协同设计空间复杂度。相比于当时最优的硬件感知搜索方法MobileNet-v3，实验表明，在实现同等网络精度情况下，通过此协同设计方案，在NVIDIAP100GPU、IntelXeon8163CPU和SamsungNote10手机上的性能分别提高了60％、90％和70％。　　3.基于控制变量的协同搜索算法。由于协同设计空间要面向不同应用需求，面临着协同设计搜索空间大、搜索算法效率低、搜索目标多样的问题。目前使用强化学习的协同搜索方法虽然不需要人工干预，但一般需要数百甚至上千个GPU时才能找到一个合适的解决方案。基于可微函数的搜索方法通过构建可微分函数使得搜索目标对设计参数可导，可加快搜索速度，但需要精巧的人工设计和调整，带来了额外的人工开销。针对这一问题，本文设计了基于控制变量法的协同搜索算法，通过引入一个无偏梯度估计器，将可微方法和基于强化学习的方法结合在一起，并结合了两者的优点。相对于基于可微函数的搜索方法，本方案避免了人工构建可微函数带来的开销，而搜索时间开销接近。相对于强化学习，本方案实现了一个数量级的速度提升。

关键词：深度神经网络软硬件协同设计深度学习编译策略协同搜索

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模型驱动的系统级软硬件协同设计若干关键技术研究

模型驱动的系统级软硬件协同设计若干关键技术研究

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作者：栾静华东师范大学

学位级别：博士

随着微电子技术和超大规模集成电路的快速发展，软硬件协同设计的应用范围越来越广，硬件的异构程度和软件的复杂性都达到了前所未有的程度。技术上的不断进步和成熟，使研究人员正逐步由RTL级设计向系统级设计转移。然而目前这一设计... 详细信息

随着微电子技术和超大规模集成电路的快速发展，软硬件协同设计的应用范围越来越广，硬件的异构程度和软件的复杂性都达到了前所未有的程度。技术上的不断进步和成熟，使研究人员正逐步由RTL级设计向系统级设计转移。然而目前这一设计领域对系统的高层设计仍然研究不足，较多注重于RTL级和底层芯片的设计，对系统设计规范描述不够，传统的建模技术不能满足系统级设计的要求，结果使设计周期变长，设计修改困难。因此提高设计的抽象层次，采用模型驱动架构(MDA)的设计技术，在整个开发过程中以系统的建模行为驱动设计，已经成为解决问题的有效途径。本文尝试在系统级软硬件协同设计中融合先进的MDA的技术成果，探索出一种模型驱动的软硬件协同设计方案，解决系统功能建模、不同模型(ECDM到SystemC模型)间的自动转换等关键技术问题，使之能有效地分离功能设计与软硬件的具体实现；通过重用已有的组件，扩大设计空间；在不同抽象层次上进行综合与验证，改善设计性能，提高设计效率。作者完成的研究工作和贡献主要有以下几点： ■ 针对消费类数字应用产品的更新换代快、设计周期短的特点，提出了一种基于模型驱动的系统级设计方案。该方案采用具有实时处理的ECDMfExtended Co-Design Model)，模型作为系统功能描述模型，以软硬件协同设计为主要特征的SystemC模型作为实现模型，从而有效地分离了功能设计与具体实现；在设计初期能够对系统功能进行验证，纠正设计错误，因此可降低设计成本；通过自动化的模型变换来实现系统级综合，利用组件重用来优化设计空间搜索，因此能够提高系统设计的性能和开发效率。 ■ 扩展了已有CDM(Co-Design Model)模型的实时响应特性，使之能有效地提高设计方案中系统建模的能力。扩展后的模型称为ECDM模型。CDM模型作为系统级功能描述模型，能够在高层描述和调度执行系统功能、允许不同模块并发处理，但是它没有衡量不同时间约束对于系统实现的影响程度，并且同一模块不能对多个并发条件10关系进行响应。ECDM模型通过扩展条件10关系的响应时限，增强模块处理的外壳功能，解决了CDM模型的不足，使ECDM模型具有更广泛的应用范围。 ■ 提出了相应的模型转换的映射规则和算法，其特点为可灵活设置约束参数，重用已有组件等，从而可以达到设计空间优化搜索、提高设计性能的目的。

关键词：软硬件协同设计 ECDM模型模型驱动架构模型映射 SystemC 验证平台协同综合与验证

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基于CDM的软硬件协同设计若干关键技术研究

基于CDM的软硬件协同设计若干关键技术研究

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作者：罗怡桂华东师范大学

学位级别：博士

软（件）硬件协同设计（Hardware/Software Co-design）是一种在设计的最初阶段就将软件与硬件两方面结合起来权衡功能的分配,在软件与硬件的并行设计过程中实现软硬件的交互,以满足系统的功能与性能要求的设计方法[GDM97][DM91]。随着... 详细信息

软（件）硬件协同设计（Hardware/Software Co-design）是一种在设计的最初阶段就将软件与硬件两方面结合起来权衡功能的分配,在软件与硬件的并行设计过程中实现软硬件的交互,以满足系统的功能与性能要求的设计方法[GDM97][DM91]。随着人类进入新的世纪,由于信息技术的飞速发展,软硬件协同设计技术已经成为当前学术与产业界研究的热点。德国Darmstadt工业大学VLSI与系统实验室自二十世纪九十年代以来一直从事软硬件协同设计技术的研究,在系统建模、设计与验证方面已取得了多项令人瞩目的成果,在国际上享有良好声誉[DAR00]。近年,该实验室又提出了系统建模工具CDM,并且已经应用于机器人、MP3播放器等多个系统的设计。本文的基础是在上海市科技发展基金的资助下,与德国Darmstadt工业大学合作对软硬件协同设计的若干关键技术展开的研究。软硬件协同综合技术是软硬件协同设计的一个关键技术。基于CDM模型,作者提出了一个软硬件协同综合算法COSMT。和传统的软硬件协同综合算法相比,这一个算法有以下几个特点:1)传统的软硬件协同综合技术包括COSYN、CASPER、MOGAC等研究的对象是分布式硬实时嵌入式系统[BGN97][BN98][RN982],而本算法研究的对象是具有硬实时与软实时约束的嵌入式系统。2)采用了一个基于RMA[CJ73]的Slacksteal调度策略[RKA93]以满足软实时与硬实时约束相混合的要求。3)本算法中还提出了一个系统的硬件互联结构生成子算法,这一算法通过减少硬实时通信事件的资源竞争、降低软实时通信事件的路由复杂性,使得生成的硬件互联结构能够满足系统的硬（软）实时性约束,同时提高系统的可靠性。4)在优化方法中采用了一个近似华东师范大学博士学位论文 Pareto一ranking[B GN97]的评级方法,满足了设计的多重性能优化要求。如何高效、正确地将高层抽象形态的设计自动转化成设计的低层实现形态是软硬件协同设计的一大难题。对此,本文给出一个将设计从高层抽象模型（CDM模型）转化成部件的 SystemqsysOZ]行为级代码框架的自动生成算法。通过实验验证, 生成的SystemC代码能够满足系统的功能及软实时、硬实时约束。详细设计描述技术也是软硬件协同设计的一个重要技术,其目的是支持设计者建立详细设计的描述模型,直观地描述软件或者硬件的时间特征、数据流与控制流等信息,以有效地对系统的详细设计进行分析、研究。CDM能够用来建立系统模型,但是并不适合详细设计的描述。对此,作者提出了一个双层定时Petri Net 一DTTPN及层次化DTTPN,它能够将数据流与控制流在同一个模型中分开表示,能够描述系统的时间特征,这样,设计者能够同时在数据域与控制域分析设计,也能够分析系统的时序特征, 从而为部件的详细设计提供了一个描述工具。通过上述研究,作者从系统结构的设计、部件的设计与实现这两个阶段对软硬件协同设计的关键技术进行了系统的探讨,在 CDM的基础上形成了一套软硬件协同设计的工具与算法。软硬件协同设计实验平台ROCS是应用上述技术开发的软硬协同设计实验系统。它支持设计者采用文本或图形的方式对系统采用CDM进行描述,并根据生成的CDM模型进行协同综合从而得到系统结构描述,然后生成系统的行为级SystemC代码框架。本文介绍了ROCS的系统设计,着重分析了上述技术在系统中的应用。然后以一个PDA为例进行了实验研究,实验结果表明: ROCS能够支持设计者进行系统结构的设计;借助于ROCS生成的systemC代码及SystemC的开放平台,设计者能够在设计的早期发现错误,并对设计进行改进。综上所述,本文的主要工作与创新点归纳为:

关键词：软硬件协同设计系统模型软硬件协同综合部件设计详细设计描述软硬件协同设计环境 CDM

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基于软硬件协同设计的动态翻译系统性能优化技术研究

基于软硬件协同设计的动态翻译系统性能优化技术研究

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作者：邱吉中国科学院大学

学位级别：博士

动态翻译技术是一种把源指令集体系结构代码翻译成目标指令集体系结构代码的即时编译和优化技术。该技术在动态二进制翻译系统、动态二进制优化系统和高级语言虚拟机中已经得到了广泛的应用。动态翻译系统优化技术的研究，在微处理器结... 详细信息

动态翻译技术是一种把源指令集体系结构代码翻译成目标指令集体系结构代码的即时编译和优化技术。该技术在动态二进制翻译系统、动态二进制优化系统和高级语言虚拟机中已经得到了广泛的应用。动态翻译系统优化技术的研究，在微处理器结构设计、应用程序性能提高、遗产代码移植、系统安全、网络应用、并行编程模型等方面具有重要意义，已经成为现代编译技术研究的热点之一。\n 软硬件协同设计是指通过软件和硬件间的功能划分和协同设计来达到提升性能、降低开销的设计方法，在面向特定应用的处理器设计中发挥着重要的作用。本文运用软硬件协同设计的方法，对动态翻译系统中不同功能模块的性能优化技术进行了研究，提出了一系列性能优化方法，并在龙芯平台上进行了实现和性能评估。本文系统化的研究包括动态翻译系统的翻译和执行模块、代码缓存管理模块和运行时服务模块的性能分析和优化。本文主要的贡献和创新点包括:\n 1.实现了MIPS指令集体系结构下的动态二进制插桩平台SEntre。该平台采用整体插桩的方法实现，解决了应用程序执行权限截获、代码段拷贝插桩、重定位和重定向、插桩点上下文切换等技术问题，同时具备高效性和健壮性。\n 2.完成了MIPS指令集体系结构下的JavaScript引擎JaegerMonkey的移植。设计和实现了该引擎中即时编译器的MIPS后端，包括设计本地代码栈帧结构、实现解释器与本地代码间上下文切换功能和移植汇编器三个方面。移植后，龙芯处理器上的JavaScript引擎性能在SunSpider测试集上平均提升了2.11倍。\n 3.提出了基于二进制插桩的ASIP处理器指令集仿真方法，并将其运用在在动态翻译系统的翻译和执行模块优化方面。该方法通过二进制插桩识别出源二进制中的基础指令和扩展指令，基础指令由具有相同基础指令集的宿主机来直接执行，扩展指令在宿主机上被仿真。与传统的动态二进制翻译型仿真相比，这种仿真方法完全避免了在程序中占据较大比重的基础指令的仿真开销，可以显著提升指令集仿真器的性能。\n 4.提出了基于cache锁机制的代码缓存访存优化方法，并将其运用在动态翻译系统的代码缓存管理模块优化方面。根据处理器提供的cache锁功能，设计了一种面向代码缓存优化的二级cache中的静态锁机制，该机制具有锁区域粒度可灵活配置，加锁解锁操作次数少、开销小的特点。使用该机制锁定代码缓存区域后，可以避免本地代码在执行过程中被替换出二级cache，显著降低其访问内存次数，从而提升了动态翻译系统整体性能。\n 5、提出了一种基于CAM表的动态语言快速属性访问方法，对动态翻译系统的运行时服务模块进行优化。对象属性访问是运行时服务模块的功能之一，对象属性访问的速度是决定动态语言虚拟机性能的重要因素。分析结果表明，对象自有属性访问占据属性访问的绝大部分;在特定属性访问点上，对象的类型变化不大。基于对象属性访问的上述特点，本文利用CAM表的快速查找特性，对属性访问点上自有属性的对象和属性类型映射信息进行缓存，加速了相同访问点上的后续访问，显著地提高了属性访问速度，从而提升了JavaScript引擎的整体性能。

关键词：动态翻译系统性能优化软硬件协同设计 MIPS指令集 ASIP处理器 cache锁机制 CAM表

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一种软硬件协同设计工具原型及其设计描述方法

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微电子学与计算机 2007年第6期24卷 28-30,34页

作者：崔小乐陈红英崔小欣张兴北京大学深圳研究生院信息工程学院广东深圳518055 北京大学信息科学技术学院北京100870

软硬件协同设计工具不但需具有软硬件功能划分的能力,而且应可实现系统级设计到软硬件基本结构的综合。提出一种利用进程代数为高层设计语义基础,可重用现有软硬件设计工具资源的软硬件协同设计工具的实现方案框架,重点讨论其中的设计... 详细信息

软硬件协同设计工具不但需具有软硬件功能划分的能力,而且应可实现系统级设计到软硬件基本结构的综合。提出一种利用进程代数为高层设计语义基础,可重用现有软硬件设计工具资源的软硬件协同设计工具的实现方案框架,重点讨论其中的设计描述问题。采用这种基于语言变换的软硬件协同设计工具方案有利于对系统的活性、安全性、接口一致性等性质进行高层仿真与形式验证,具有可用性、易扩展好等优点。

关键词：软硬件协同设计 Timed CSP 形式语言

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PCMCIA数据加密卡的软硬件协同设计

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计算机工程 2003年第13期29卷 171-173页

作者：董威王佳梁戎蒙恬上海交通大学电子工程系上海200030

符合PCMCIA标准接口的PC卡被广泛地应用在各个领域。同时，由于数据安全日益得到重视，对笔记本电脑硬盘中的数据进行加密成为一种迫切需要。该文在PCMCIA接口规范的基础上设计了一种高性能的PCMCIA数据加密卡，重点介绍了该系统的结构... 详细信息

符合PCMCIA标准接口的PC卡被广泛地应用在各个领域。同时，由于数据安全日益得到重视，对笔记本电脑硬盘中的数据进行加密成为一种迫切需要。该文在PCMCIA接口规范的基础上设计了一种高性能的PCMCIA数据加密卡，重点介绍了该系统的结构设计，并给出了软硬件的实现方案。该系统通过在FPGA上的仿真和在Windows 9X环境下的测试，完全符合PCMCIA的设计规范要求，可以对计算机的数据进行有效的加密保护。

关键词： PCMCIA PC卡数据加密软硬件协同设计数据加密卡

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软硬件协同设计环境中性能分析工具的研究与实现

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计算机系统应用 2005年第11期14卷 63-66页

作者：程煊栾静顾君忠华东师范大学计算机系上海200062

软硬件协同设计中的性能分析常常使设计者将过多的精力用于对大量数据的整理和分析,从而降低了设计效率。集成的软硬件协同设计环境iCDMdt中的性能分析工具以验证平台采集的分析数据和用户设置为输入,在同一环境下以内嵌的分析图形输出... 详细信息

软硬件协同设计中的性能分析常常使设计者将过多的精力用于对大量数据的整理和分析,从而降低了设计效率。集成的软硬件协同设计环境iCDMdt中的性能分析工具以验证平台采集的分析数据和用户设置为输入,在同一环境下以内嵌的分析图形输出,用简捷明了的方式帮助设计者实现性能分析。本文对iCDMdt环境中性能分析工具及其实现进行了详细叙述,并以普通电话机模型作为集成的软硬件协同设计环境iCDMdt的设计实例应用其性能分析工具。

关键词：软硬件协同设计性能分析工具分析图形输出可视化系统 iCDMdt环境

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软硬件协同设计技术在H.264解码器设计中的应用

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电子设计应用 2006年第9期 89-90,92,97页

作者：张力航林涛周开伦同济大学超大规模集成电路研究所

作为SoC设计的三大关键支撑技术之一,软硬件协同设计技术已经得到了越来越广泛的应用。针对H.264解码芯片的设计,本文提出了一种软硬件协同设计、仿真以及验证的系统模型。设计实践证明,软硬件协同设计有效地提高了设计效率,加快了开发... 详细信息

作为SoC设计的三大关键支撑技术之一,软硬件协同设计技术已经得到了越来越广泛的应用。针对H.264解码芯片的设计,本文提出了一种软硬件协同设计、仿真以及验证的系统模型。设计实践证明,软硬件协同设计有效地提高了设计效率,加快了开发进度。

关键词：软硬件协同设计 H.264 SoC

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软硬件协同设计的超高阶矩阵运算的FPGA芯片

软硬件协同设计的超高阶矩阵运算的FPGA芯片

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2010 The 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System (PEITS 2010)

作者：董晓健吴志健郭肇禄王晖李康顺武汉大学软件工程国家重点实验室江西省国有资产监督管理委员会江西理工大学信息工程学院华南农业大学信息学院

超高阶矩阵的运算在科学与工程中应用非常广泛,其运算速度慢是众多学者面临的一个难题。本文提出了一种基于软硬件协同设计的超高阶矩阵运算的FPGA芯片(SHDE)设计。该芯片设计在高达百万门集成度的FPGA上,其核心结构由上千甚至上万个专... 详细信息

超高阶矩阵的运算在科学与工程中应用非常广泛,其运算速度慢是众多学者面临的一个难题。本文提出了一种基于软硬件协同设计的超高阶矩阵运算的FPGA芯片(SHDE)设计。该芯片设计在高达百万门集成度的FPGA上,其核心结构由上千甚至上万个专用运算器组成脉动阵列处理结构,并行地执行矩阵运算,突破超高阶矩阵运算速度慢的瓶颈,真正实现软硬件协同设计的矩阵运算目的。通过仿真实验表明,采用该芯片来进行超高阶矩阵的运算,能够在较短的时间内得到高精度的结果。

关键词：超高阶矩阵, 超高维方程组,FPGA, 软硬件协同设计

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基于过程级编程模型的软硬件协同设计框架

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计算机工程 2010年第4期36卷 259-261,264页

作者：刘滔李仁发陈宇刘彦付彬湖南大学计算机与通信学院长沙410082

当前动态可重构计算系统对程序员编程不透明,且动态可重构资源难以有效利用。针对上述问题,提出一种基于过程级透明编程模型的软硬件协同设计框架。在该框架内,软件开发人员对软硬件协同函数库进行调用,即可用C语言完成系统功能描述。... 详细信息

当前动态可重构计算系统对程序员编程不透明,且动态可重构资源难以有效利用。针对上述问题,提出一种基于过程级透明编程模型的软硬件协同设计框架。在该框架内,软件开发人员对软硬件协同函数库进行调用,即可用C语言完成系统功能描述。动态软硬件划分算法在程序运行时进行划分,自动选择并调度需要转换到软件或硬件的库函数,通过动态链接器实时切换函数的运行方式,实现由功能描述到系统实现的自动化流程。

关键词：软硬件协同设计过程级编程模型协同函数库可重构计算

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