[论文解读] High Level Hardware/Software Embedded System Design with Redsharc

Sam Skalicky, Andrew G. Schmidt+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2014

Embedded Systems Design Techniques参考文献 21被引用 3

一句话总结

本文提出 Redsharc，一种用于多处理器系统级芯片（MPSoCs）的统一软硬件协同设计的高级框架，通过一致的 API、构建基础设施和运行时环境，实现软件与硬件内核的无缝集成。该工作在先前研究基础上，扩展支持更广泛的应用类别，覆盖多种设备，降低系统开发开销，使开发人员能够专注于内核逻辑，同时自动化编译、综合与执行编排流程。

ABSTRACT

As tools for designing multiple processor systems-on-chips (MPSoCs) continue to evolve to meet the demands of developers, there exist systematic gaps that must be bridged to provide a more cohesive hardware/software development environment. We present Redsharc to address these problems and enable: system generation, software/hardware compilation and synthesis, run-time control and execution of MPSoCs. The efforts presented in this paper extend our previous work to provide a rich API, build infrastructure, and runtime enabling developers to design a system of simultaneously executing kernels in software or hardware, that communicate seamlessly. In this work we take Redsharc further to support a broader class of applications across a larger number of devices requiring a more unified system development environment and build infrastructure. To accomplish this we leverage existing tools and extend Redsharc with build and control infrastructure to relieve the burden of system development allowing software programmers to focus their efforts on application and kernel development.

研究动机与目标

• 弥合现有 MPSoC 开发工具中存在的系统性缺口，以促进软硬件的无缝集成。
• 解决嵌入式系统中设计、编译与执行混合软硬件内核时缺乏统一环境的问题。
• 提供统一的系统开发环境，配备自动化构建与控制基础设施，适用于异构设备。
• 使软件开发人员能够专注于应用逻辑，而非底层系统配置与集成。

提出的方法

• 利用现有的 EDA 和 FPGA 工具，扩展 Redsharc 以构建稳健的系统生成构建基础设施。
• 实现丰富的 API，抽象底层硬件细节，支持对内核与系统组件的高层级描述。
• 集成编译与综合流水线，自动从高层描述生成硬件与软件产物。
• 通过统一的运行时环境，支持对同时执行的软件与硬件内核进行运行时控制与执行。
• 扩展 Redsharc 的能力，以支持多种设备类型上的更广泛的应用类别。
• 采用模块化、可扩展的架构，与现有工具链集成，减少对定制工具开发的依赖。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过高级框架简化 MPSoCs 中硬件与软件内核的协同设计？
• RQ2 为统一系统生成、编译与运行时执行，需要哪些架构与基础设施组件？
• RQ3 如何利用现有工具减轻嵌入式系统中系统级集成的负担？
• RQ4 统一环境在多核异构嵌入式系统开发中能在多大程度上提升开发人员生产力？
• RQ5 在软件与硬件内核之间实现无缝通信与执行面临哪些关键挑战？

主要发现

• Redsharc 有效实现了在单一统一开发环境中设计与执行混合软硬件内核。
• 该框架通过自动化构建、编译与综合流程，显著降低了系统开发开销。
• 运行时支持实现了对并发执行的软件与硬件内核的无缝执行与协调。
• Redsharc 的扩展支持了在多种设备上更广泛的应用类别，提升了其适用性。
• 将现有工具集成到 Redsharc 堆栈中，最大限度减少了对定制工具开发的需求，加速了部署进程。
• 该方法使软件开发人员能够专注于算法逻辑，而非底层系统配置与集成。