Optimierte automatische Statechart-Implementierungen im Software- und Hardware-Entwurf eingebetteter Systeme

Ackad, Jean-Claude

In dieser Arbeit wird der Entwurf eingebetteter Systeme betrachtet. Sie lassen sich oft durch reaktive Systeme präzisieren. Solche Systeme können mit synchronen Sprachen wie Statecharts geeignet modelliert werden. Statecharts sind eine Erweiterung von Zustandsdiagrammen um Parallelität und Hierarchie. Es wird ein statechart-basierter Codesign-Ablauf vorgeschlagen. Reaktive Systeme werden mit Statecharts modelliert und semi-automatisch mit Codeerzeugern in optimierte Implementierungen aus Software und Hardware abgebildet. Der hier entwickelte Statechart-Compiler SCOT wandelt den Software-Teil des Statechart-Modells in ein C-Programm um. SCOT reduziert die maximale Reaktionszeit, wodurch die Software-Implementierung engere Zeitanforderungen erfüllt. Die Reduktion beruht auf einer optimierten Umsetzung paralleler Lese- und Schreibzugriffe. Der Hardware-Teil des Statechart-Modells wird mit existierenden Codeerzeugern auf programmierbare Logikbausteine (FPGAs) abgebildet. Die manuelle Optimierung findet auf Statechart-Ebene statt. Für diese Optimierung wird ein Schätzverfahren für den FPGA-Ressourcenbedarf vorgestellt, das das Finden ressourcen-intensiver Statechart-Teile erlaubt. Der vorgestellte Codesign-Ablauf wird für den Entwurf eines komplexen Hochleistungskommunikationssystems exemplarisch angewendet. Es wird gezeigt, wie das Statechart-Modell in eine optimierte Hardware/Software-Implementierung abgebildet wird.

In this PhD thesis, the design of embedded systems is considered. In many cases they can be precisely described with reactive systems. Such systems may be adequately modeled using synchronous languages like Statecharts. Statecharts are finite state machines extended by parallelism and hierarchy. A statechart-based codesign approach is proposed. Reactive systems are modeled using Statecharts. With code generators they are semi-automatically mapped onto an optimized implementation consisting of software and hardware. The newly developed Statechart compiler SCOT generates C code for the software portion of the Statechart model. SCOT reduces the maximum reaction time by an optimized translation of parallel read and write accesses. Therefore, the software implementation satisfies more stringent time requirements. The hardware portion of the Statechart model is mapped onto programmable logic (FPGAs) using existing code generators. The manual optimization takes place at the Statechart level. In order to simplify this optimization, an estimation method for the FPGA resources is presented. This method identifies resource-intensive Statechart parts. The proposed codesign approach is applied to the development of a complex high performance communication system. The mapping of the Statechart model onto a optimized hardware/software implementation is discussed.

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Ackad, Jean-Claude: Optimierte automatische Statechart-Implementierungen im Software- und Hardware-Entwurf eingebetteter Systeme. 2000.

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