Αυτοματοποίηση Συσχεδίασης Υλικού/λογισμικού

Abstract

Ένα Ενσωματωμένο Σύστημα (Ε.Σ.) (Embedded System) αποτελεί υπολογιστική μονάδα με αρχιτεκτονική και αρχές λειτουργίας παρόμοιες με αυτές των συμβατικών υπολογιστών, η οποία ωστόσο προσαρμόζεται στις ανάγκες και απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής. Βασικό δομικό στοιχείο ενός Ε.Σ., συ-νήθως, αποτελεί ένας μικροεπεξεργαστής, ο οποίος βρίσκεται συνδεδεμένος μέσω μιας ιεραρχίας διαύλων με στοιχεία προσωρινής και μόνιμης αποθήκευσης (μνήμες RAM, EPPROM, Flash), καθώς και με στοιχεία εξειδικευμένου υλικού τα οποία επικοινωνούν με τα βασικά δομικά στοιχεία και καλούνται να επιτελέσουν συγκεκριμένες εργασίες ανάλογα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής. Τα στοιχεία αυτά υλοποιούνται είτε σε μη επαναπρογραμματιζόμενο υλικό (VLSI, ASICs) είτε σε προγραμματιζόμενο υλικό (PLDs, FPGAs). Γίνεται συνεπώς κατανοητό ότι η σχεδίαση ενός Ε.Σ. προϋποθέτει, αφού καθοριστούν τα βασικά δομικά στοιχεία, να διαχωριστεί ο αλγόριθμος σε τμήματα που θα απεικονιστούν στο υλικό (FPGA, PLD κτλ) και σε τμήματα που θα απεικονιστούν στο λογισμικό (μικροεπεξεργαστής), καθώς και να διαμορφώσει κατάλληλο λειτουργικό σύστημα που θα διαχειρίζεται τον μικροεπεξεργαστή. Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή το χρησιμοποιούμενο μοντέλο για την αυτοματοποίηση της συσχεδίασης Υλικού/Λογισμικού είναι αυτό των Γραμματικών (Γραμματικών χωρίς συμφραζόμενα και Κατηγορηματικών Γραμματικών). Οι τελευταίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πλείστες όσες εφαρμογές Τεχνητής Νοημοσύνης και Συντακτικής Αναγνώρισης. Η προτεινόμενη μεθοδολογία βασίζεται στην απεικόνιση του συντακτικού τμήματος της γραμματικής σε υλικό (FPGA), του δε σημασιολογικού σε έναν μικροεπεξεργαστή. Η πρώτη προσπάθεια στηρίχθηκε στον ακολουθιακό αλγόριθμο συντακτικής αναγνώρισης του R. Floyd. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε ο πλέον αποδοτικός αλγόριθμος συντακτικής αναγνώρισης που υπάρχει, δηλαδή ο παράλληλος αλγόριθμος του J. Earley. Ο τελευταίος βελτιώθηκε και επεκτάθηκε για να καλύψει και τη σημασιολογία της γραμματικής. Οι παραπάνω αλγόριθμοι απεικονίστηκαν σε διάφορες αρχιτεκτονικές, που το FPGA επικοινωνεί με εξωτερικό μικροεπεξεργαστή, ή ο μικροεπεξεργαστής έχει επίσης απεικονιστεί στο FPGA όπου γίνεται και η συντακτική αναγνώριση διαχειριζόμενο πάντα από κατάλληλα τροποποιημένο λειτουργικό σύστημα.