软硬件协同设计方法的研究

论述了嵌入式系统软硬件协同设计的一般方法,结合CORSAIR、COOL和POLIS 3种有代表性的软硬件协同设计系统,对系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合等几个主要设计步骤进行了研究与分析,并提出了新的思路和方法。

软硬件混合的高效CHI协议分析

在片上系统SoC开发过程中,如何高效准确地进行功能验证与性能分析,是亟待解决的难题。针对目前在FPGA原型平台上对片上网络协议监测手段有限的问题,提出了一种软硬件混合的高效CHI协议监测和分析方法,通过SystemVerilog的直接编程接口DPI连接C代码,由可综合的硬件部分提供共享函数体,不可综合的软件部分通过共享函数体从片上网络协议的各个通道捕捉待测SoC中的CHI报文,进行离线保存或在线检查。实验结果表明,该方法具有硬件资源占用少、可重用性高的优点,离线模式对仿真速率影响不大,在线模式可以在待测SoC运行的同时发现问题,能够实现在原型平台上对CHI协议报文的高效监测,有效加速SoC问题的定位和性能分析。

基于软硬件结合的控制流完整性保护技术

针对影子栈难以兼顾安全性和性能,软件实现的前向CFI(control-flow integrity)技术性能开销过大、难以进行实际部署,提出基于软硬件结合的CFI(control-flow integrity based on the combination of software and hardware,SHCFI)技术。通过二进制重写器对程序反编译,生成中间语言,并判断转移指令类型。对于后向控制流的保护,提出基于返回地址加密的平行影子栈方案,使用随机数对栈上的返回地址进行异或加密,将加密结果备份到原始栈固定偏移处的影子栈中,在函数返回时对影子栈中的地址异或解密,将解密结果作为实际的返回地址。对于前向控制流的保护,使用硬件ENDBRANCH状态机指令标记间接转移指令的目标地址,在运行时对目标地址进行合法性检查,以降低性能开销。实验结果表明,SHCFI加固后的程序能够有效地防御代码重用攻击,且具有良好的运行开销。

基于软硬件协同的细粒度安全域隔离机制

基于内存篡改的攻击能够恶意地修改程序执行环境的关键数据,给程序提供一个安全可信的执行环境是抑制恶意软件的有效手段。本文提出了一种基于软硬件协同的解决方案,能够以函数调用为粒度,为程序执行提供相对隔离的安全执行环境。为了配合软件,在底层提供了2大硬件支撑:load/store指令在访存时都要进行地址检查,同时也设置了访问属性;在硬件页表上增加了函数调用隔离域(CFID),在TLB转换时进行安全隔离的检查。提供了2种不同场合的数据共享访问策略,在GEM5上实现了原型系统,通过运行安全测试集,能够有效地隔离非安全环境。相比于虚拟机和特权级切换的方法,本文的硬件实现几乎没有切换损耗。在SPEC CPU 2006的测试集中,本文提出的硬件隔离机制总体性能损耗低于3%。

面向软硬件协同设计实践能力培养的电路类课程教学改革探索

为解决传统的课堂教学方式难以激发学生兴趣,也难以培养软硬件协同系统设计能力的问题,针对本科院校集成电路类课程,提出树立工程价值观、开展项目式设计、实施研究式教学等多种教学改革举措,旨在提高学生在集成电路领域软硬件协同的系统设计能力与创新能力。

基于自主可控的数字化安全管控软硬件关键技术研究与应用

随着数字化系统在各个领域的广泛应用,其安全性和可控性面临着日益增加的挑战。本文旨在基于自主可控的原则,深入研究电力设备数字化安全管控软硬件的关键技术,并提出一种综合性解决方案,以提升数字化系统的安全性、可靠性和可控性。本研究从加密与解密技术、认证与授权技术、安全协议与通信技术、安全评估与访问控制、可信计算与日志管理五个方面深入探讨了相关技术的研究现状和发展趋势,并提出了相应的解决方案。通过对关键技术的研究与应用,可以为构建一个安全可控的数字化环境提供理论与实践基础。

基于RISC-V处理器的软硬件联合验证平台设计与实现

针对目前RISC-V处理器业界不成熟的验证思想和单一验证方法的欠合理性,提出一种软硬件联合验证平台。将原有处理器级的行为验证升级成SoC系统级的行为验证,并以此为基础,改进原有的单一软件验证和硬件验证模式,联合形成一种结构合理、内容清晰和便于移植的验证方案。并将提出的验证方案使用高级软件编程语言C++和验证描述语言SV HDL,运用verilator的软件验证和FPGA的硬件验证,实现基于RISC-V处理器的软硬件联合验证平台设计。实验结果表明,所设计的平台能够有效地提高验证的一般性和全面性,使用C语言进行验证降低了验证的门槛,增强了验证与实际应用的关联性,模块化设计和可移植性使其能够适应不同的设计需求和应用场景,为RISC-V处理器的进一步研究和开发提供了强有力的支持。

基于PROFIBUS-DP的高炉上料自动控制系统软硬件分析

高炉上料自动控制系统控制着槽下各个料斗的备料和下料、各条皮带的控制、中间斗下料到料车的控制、炉顶的下料和布料等过程,设备硬件多,通过PROFIBUS-DP现场总线技术将所有的设备安全、可靠地连接到PLC控制器上,保障系统的稳定运行,有效降低设备数据通信的故障率。研究系统的槽下备料、下料过程和炉顶布料过程的软件控制,理清各种设备动作之间的逻辑关系、顺序关系和联锁关系,对于系统的维护和升级都有着重要的研究意义。

煤矿井下人员定位跟踪系统软硬件开发与实践分析

针对煤矿井下人员作业安全性问题,以ZigBee技术为依据,介绍了一种煤矿井下人员定位跟踪系统开发方案。该系统由软硬件2大模块构成,其中,硬件包括ZigBee无线收发系统、ZigBee无线定位网络、移动定位终端、现场数据采集系统,软件包括数据接口程序与基于路径搜索的定位算法等。在软硬件模块相互配合下,其可快速、精确地对井下作业人员进行跟踪定位,增强了井下作业人员的管理效果。

油田软硬件共享云平台构建设计

云计算、物联网等信息技术的发展,促使传统产业重构、整合,油田发展也应顺应时代的发展趋势,而为实现这一目标,本文对油田软硬件共享云平台的构建设计进行了研究。通过明确油田软硬件共享云平台的功能,阐述其总体设计、硬件设计以及软件功能设计,再做好油田软硬件共享云平台的数据测试工作,可以进一步检验该平台性能与实践效果,其不仅能实现软硬件资源在企业的全面共享,还能尽可能提高资源的利用率,在减少软硬件投资等方面也有十分显著的效果。

耕整地机械的自动化升级与软硬件适配

耕整地作为农业生产的第一道工序,其作业质量和效率直接影响到后续种植环节的顺利进行和最终农作物的产量与质量,探索适用于耕整地作业的自动化升级方案与软硬件适配策略对于提升作业效率、降低劳动强度、提高作业精度、促进资源节约等方面具有积极意义。该文分析了耕整地机械的自动化升级的主要方向和软硬件合理化适配,对于促进耕整地机械产品的更新换代,推动农业现代化进程具有积极作用。

柴油机电控系统软硬件特征与控制逻辑优化

近年来,柴油机性能升级已经成为生产制造企业的重要工作,尤其在电控技术的支持下,柴油机在工作逻辑、变量控制等方面得到了有效改善,电控技术与柴油机技术的融合度已成为检验柴油机产品市场竞争力的重要影响因素。结合柴油机电控系统实际应用情况,分析了电控系统主要作用和软硬件特征,并提出了控制逻辑的优化建议。

无人船巡航系统软硬件设计

无人船广泛应用于环保监测、搜索救援和安防巡逻等领域,无人船通过卫星定位和自身传感完成数据传输,按照预设任务在水面自主航行。利用自主设计、纯手工打造无人双体船船模,并利用Arduino的GPS(Global Positioning System,全球定位系统)/BDS(Beidou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统)、陀螺仪、加速度计等传感器完成无人船姿态、位置数据的采集,另外,选择巴法云物联网平台和手机地图完成无人船走点巡逻。在总体设计的基础上,完成软硬件模块设计。

选煤厂配煤控制系统软硬件系统设计研究

在李雅庄选煤厂原有配煤控制系统的基础上,针对现有配煤控制系统存在的问题,设计了一种选煤厂配煤控制系统软硬件系统方案,对选煤厂原有配煤控制系统进行改造升级。该设计主要包括硬件设计和软件设计2部分内容。将设计的改进方案在李雅庄选煤厂实践应用,通过对比改造升级前后系统性能变化,表明改造后的系统控制精度显著提升,新系统应用效果良好。

基于遗传算法的嵌入式系统软硬件划分算法

针对嵌入式系统软硬件协同设计中的软硬件划分问题,提出了一个基于基本调度块图的软硬件划分模型,并给出了一个基于遗传算法的软硬件划分算法.通过采用自适应的适应度函数和演化策略,提高了算法的稳定性、搜索效率和求解质量.实验结果说明了该算法对解决软硬件划分问题是有效的.

贵州中小学书法教育相关软硬件设施建设研究

随着《中小学书法教育指导纲要》的出台,中小学书法教育的重要性和必要性进一步凸显,成为中小学生素质教育和基础教育的重要内容。该文调查和分析贵州省中小学书法教育中软硬件设施建设的情况,分析其相关建设和改革措施。

一种基于改进模拟退火算法的软硬件划分技术

提出一种应用于嵌入式系统软硬件划分的改进模拟退火算法。算法通过使用基于Cauchy分布的扰动模型和Tsallis接收准则来提高模拟退火算法的性能。通过对比经典的模拟退火软硬件划分技术以及实验结果的验证表明,使用改进模拟退火算法能加快划分的收敛,并且找到目标函数的最优值的概率也更大。

基于混沌优化算法的软硬件划分

针对软硬件协同设计中的关键问题———软硬件划分,提出一种基于混沌优化的划分算法.首先,使用有向无环图对嵌入式系统建模,得到软硬件划分优化系统的目标函数.然后,采用逻辑斯蒂映射产生混沌序列,并将此序列映射到划分系统的模型空间,利用混沌序列的遍历性,将粗搜索和细搜索相结合,分两阶段搜索模型空间目标函数的最优解,有效避免搜索过程陷入局部最小,并且使算法搜索时间大幅度降低.和模拟退火软硬件划分技术对比的实验结果表明,选取适当的算法参数,采用混沌优化算法能够以更快的搜索速度得到更好的软硬件划分结果.

三种软硬件划分算法的比较分析

软硬件划分是嵌入式系统软硬件协同设计中的关键技术之一,如何兼顾系统的性能和成本,达到两者的最佳结合,是软硬件划分的主要问题。针对单CPU多ASICs类型的目标结构,选取了遗传算法、禁忌搜索算法和模拟退火算法等全局优化算法进行系统的软硬件划分,并对3种算法的有效性进行了比较分析。

软硬件协同验证系统平台间通讯设计

软硬件协同设计是软件、硬件的并行设计,包括系统描述、软硬件划分、设计实现和软硬件协同验证等几个阶段[1]。软硬件协同验证同时验证软件和硬件,使用处理器仿真器进行协同验证是其中一种重要的方法。一个能够对片上系统(SOC)设计进行全面快速验证的测试系统将会大大提高协同设计的效率[2]。测试系统中不同平台之间数据和信号的发送与接收是系统中必不可少的组成部分。该文介绍了测试系统平台间通讯方式和通讯协议的设计与实现。