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嵌入式系统编译器的快速生成方法研究

嵌入式系统编译器的快速生成方法研究

作者：任小西湖南大学

学位级别：硕士

嵌入式系统硬件平台灵活多变、研发周期短的特点给系统开发人员带来了巨大的挑战。编译器是进行嵌入式系统软件开发的基础，快速地获得一个针对特定嵌入式系统硬件平台的编译器对于缩短研发周期意义重大。本文研究嵌入式系统编译器的... 详细信息

嵌入式系统硬件平台灵活多变、研发周期短的特点给系统开发人员带来了巨大的挑战。编译器是进行嵌入式系统软件开发的基础，快速地获得一个针对特定嵌入式系统硬件平台的编译器对于缩短研发周期意义重大。本文研究嵌入式系统编译器的快速生成方法。以编译器GCC为研究对象，基于多目标编译器设计方法，将GCC移植到一种嵌入式系统Nios上。这种手工移植方法简单，但工作量大、开发周期长。因此本文对基于体系结构描述语言(ADL)的编译器自动生成方法进行了研究，这种方法解决编译器的快速生成问题，但生成的编译器产生的代码质量不高。综合手工移植和自动生成编译器两种方法的优点，提出了一种将含有代码优化过程的多目标编译器和编译器自动生成相结合的新的编译器设计方法。该方法利用体系结构描述语言描述目标平台的硬件信息，根据这些信息自动生成一个多目标编译器所需要的机器描述，从而将此编译器移植到目标平台上。其中体系结构描述语言选用Sim-nML语言，自动生成工具选择与之相应的IR-Generator和genmd。在此基础上，对机器描述生成器genmd进行了深入分析。针对其不支持跳转类指令的缺陷，利用自动机理论对指令识别和机器描述生成部分进行建模，提出了一种改进方案，并对源程序做了相应的修改。本文分别对手工移植GCC到Nios系统的工作和对genmd在跳转类指令方面的改进方案进行了测试。实验结果表明：手工移植的GCC能够将较简单的C程序正确编译为汇编程序，而改进后的genmd能够对跳转类指令生成正确的机器描述。通过分析和比较手工移植和自动移植方法，说明编译器自动生成方法确能更快速地为新的目标系统生成相应的编译器，更好地满足嵌入式系统要求。

关键词：编译器自动生成多目标体系结构描述语言 genmd 嵌入式系统

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频率直接数字合成器的一种存储优化方法研究

计算机研究与发展 2010年第5期47卷 956-961页

作者：张克环任小西李仁发凌纯清湖南大学计算机与通信学院长沙41008

直接数字频率合成(DDS)是一种先进的频率合成技术.正弦相位-振幅映射是DDS的核心部件之一.正弦查找表方案需要较多片上存储器资源,成本较高,因而,提出了一种基于相邻采样点振幅增量的改进方案.分析改进方案的资源开销,介绍其实现技术,并... 详细信息

直接数字频率合成(DDS)是一种先进的频率合成技术.正弦相位-振幅映射是DDS的核心部件之一.正弦查找表方案需要较多片上存储器资源,成本较高,因而,提出了一种基于相邻采样点振幅增量的改进方案.分析改进方案的资源开销,介绍其实现技术,并以FPGA为开发平台实现了改进方案.从功能、误差、最高工作频率、资源开销等方面对改进方案进行了评估.结果表明:改进方案以较小硬件资源额外开销为代价,节约了大量片上存储器资源,同时保证最高工作频率不变.

关键词：直接数字合成频率合成器存储器优化查找表现场可编程逻辑阵列

低时延低消耗自由扩展CORDIC算法及结构研究

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计算机科学 2012年第12期39卷 286-289页

作者：任小西刘明湖南大学信息科学与工程学院长沙410082

自由扩展CORDIC算法以其计算一些特定函数的能力为我们所熟知。但是有限的适用区间和较慢的速度成为其重要的缺点。虽经大量改进,CORDIC算法在适用区间和执行速度上仍面临较大的挑战。提出的方案通过误差校正的全局自由扩展机制来使收... 详细信息

自由扩展CORDIC算法以其计算一些特定函数的能力为我们所熟知。但是有限的适用区间和较慢的速度成为其重要的缺点。虽经大量改进,CORDIC算法在适用区间和执行速度上仍面临较大的挑战。提出的方案通过误差校正的全局自由扩展机制来使收敛域虚拟地达到足够大的区域,且使用降位迭代计算方式并行化加速计算。通过仿真、综合可以看出,与改进的版本相比,得到的新结构改善了有限的收敛域,降低了一个时钟的时延,减少了25.5%的硬件消耗以及35%的功耗。

关键词： CORDIC算法低时延低消耗自由扩展

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一种低功耗动态可重构cache算法的研究

计算机应用研究 2013年第2期30卷 414-416页

作者：任小西刘清湖南大学信息科学与工程学院长沙410082

动态可重构cache算法根据指令时间数监测程序段的变化,确定容量调整。在程序段内,状态机根据平均访问时间对cache的访问进行预判,然后根据预判的结果确定当前程序段的cache结构。实验结果表明,此算法比传统四路组相联cache功耗降低61%,... 详细信息

动态可重构cache算法根据指令时间数监测程序段的变化,确定容量调整。在程序段内,状态机根据平均访问时间对cache的访问进行预判,然后根据预判的结果确定当前程序段的cache结构。实验结果表明,此算法比传统四路组相联cache功耗降低61%,而性能损失只有2%左右。与已有算法相比,功耗和性能都得到进一步的提高。

关键词：低功耗可重构cache 程序段

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一种基于ADL的编译器自动生成方法研究

计算机应用 2005年第2期25卷 367-369页

作者：任小西李仁发张克环湖南大学计算机与通信学院湖南长沙410082

编译器是嵌入式系统软件中的重要组成部分,它对嵌入式系统的软件开发有重要影响。本文在将体系结构描述语言(ADL)与传统可移植编译器相结合,自动生成嵌入式系统编译器的思想基础上,对自动生成工具genmd的结构进行了分析。重点对其指令... 详细信息

编译器是嵌入式系统软件中的重要组成部分,它对嵌入式系统的软件开发有重要影响。本文在将体系结构描述语言(ADL)与传统可移植编译器相结合,自动生成嵌入式系统编译器的思想基础上,对自动生成工具genmd的结构进行了分析。重点对其指令识别和机器描述生成部分进行了抽象和建模。同时,针对genmd不支持分支跳转类指令的问题提出了改进方案。

关键词：编译器体系结构描述语言自动生成 genmd 嵌入式系统

低时延-消耗的CORDIC算法及结构的研究

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计算机科学 2014年第8期41卷 25-29页

作者：任小西沈建龙湖南大学信息科学与工程学院长沙410082

CORDIC算法因便于通过硬件实现来计算各种超越函数而得到了广泛的应用。如何减少迭代次数并保持校正因子的计算与补偿的简单性是算法的难点,同时算法还需要扩展角度的范围。将常规的CORDIC算法分为前后两段,减少了迭代的次数,同时在硬... 详细信息

CORDIC算法因便于通过硬件实现来计算各种超越函数而得到了广泛的应用。如何减少迭代次数并保持校正因子的计算与补偿的简单性是算法的难点,同时算法还需要扩展角度的范围。将常规的CORDIC算法分为前后两段,减少了迭代的次数,同时在硬件实现时使用移位操作代替查找表,减少了查找表所用的时间,这样做也有利于降低功耗。最后在Altera公司的Cyclone系列芯片EP4CGX22CF19C6上实现了该算法。实验结果表明:在同一数量级误差的基础上,该算法在结构上比常规算法节省了约34.84%的资源,在不同的工作频率上都少用了约6个时钟周期的时延,不同工作频率上系统的功耗最少也下降了约5.54%,并且工作频率越高,功耗下降越大。

关键词： CORDIC算法低时延资源功耗优化

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基于VPR的FPGA布局算法时延改进

计算机工程 2014年第12期40卷 302-305页

作者：任小西吴楚丁宇湖南大学信息科学与工程学院长沙410082 三一汽车起重机械有限公司长沙410600

基于模拟退火的现场可编程门阵列(FPGA)布局算法在计算关键度时存在一定的偏差。为此,提出一种FPGA布局时延改进算法。利用不同的模拟退火温度和交换接收率,以及前后2次布局的时延代价差,对FPGA布局的时延代价进行补偿。通过增加时延补... 详细信息

基于模拟退火的现场可编程门阵列(FPGA)布局算法在计算关键度时存在一定的偏差。为此,提出一种FPGA布局时延改进算法。利用不同的模拟退火温度和交换接收率,以及前后2次布局的时延代价差,对FPGA布局的时延代价进行补偿。通过增加时延补偿模块来调整布局的代价函数,达到重新寻找布局过程中被遗弃的较优解的目的。实验结果表明,在MCNC基准电路上使用改进算法,布局的时延代价和线网代价分别比改进前的算法减少19.2%和0.5%。此外,电路的关键路径时延也得到了不同程度的改善,使得布局质量在各个方面都明显优于优化前的通用布局布线算法。

关键词：现场可编程门阵列模拟退火算法关键路径时延关键度布局通用布局布线算法

基于JBits的一种可重构数据处理系统可靠性研究

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计算机研究与发展 2007年第4期44卷 722-728页

作者：任小西李仁发金声震张克环吴强湖南大学计算机与通信学院长沙410082 中国科学院国家天文台北京100012

空间太阳望远镜(SST)是一颗对太阳进行观测的科学卫星,它使用FPGA芯片对每天采集的大量数据进行预处理.高昂的建造费用和恶劣的工作环境,确保SST数据的高可靠性成为一项艰巨任务.改进了常规TMR结构,提出一种基于配置数据的可重构硬件故... 详细信息

空间太阳望远镜(SST)是一颗对太阳进行观测的科学卫星,它使用FPGA芯片对每天采集的大量数据进行预处理.高昂的建造费用和恶劣的工作环境,确保SST数据的高可靠性成为一项艰巨任务.改进了常规TMR结构,提出一种基于配置数据的可重构硬件故障检测和修复方法,使用JBits工具简化对配置数据的各种操作.此结构和方法能及时检测到故障,通过硬件重构消除故障,提高系统可靠性.采用Markov过程理论对系统可靠性进行分析,结果表明可靠性可得到显著提高.

关键词：可靠性三模冗余 JBits 容错

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一种基于多目标设计方法的嵌入式编译器技术

计算机应用 2004年第2期24卷 165-167页

作者：任小西李仁发张克环郭媛妮湖南大学计算机与通信学院湖南长沙410082

文中概述了当前国际上广泛使用的编译器及相关编译技术,重点论述了编译器的多目标设计方法,其中包括基于体系结构描述语言(ADL)的编译器自动生成方法。最后提出了一种将ADL方法和GCC相结合的编译器多目标设计方法。

关键词：嵌入式系统编译器多目标技术体系结构描述语言 GCC