2011年软硬件协同设计计算模型与算法综述：复杂嵌入系统的关键技术

本文档"软硬件协同设计复杂问题的计算模型和算法 (2011年)"聚焦于嵌入式系统设计中的核心环节——软硬件划分。软硬件划分是构建高效、优化的嵌入式系统的关键，因为它涉及到如何在有限的资源条件下，合理分配软件和硬件功能，以满足系统的性能需求和成本效益。 作者叶华和武继刚，来自天津工业大学计算机科学与软件学院，他们在文中回顾了近年来在解决软硬件划分问题上所提出的一些创新性计算模型和算法。这些模型通常将软硬件划分问题抽象为各种形式的背包问题，其中任务块（或功能模块）被视为背包问题中的物品，而不同的约束条件如性能限制、功耗要求等则对应于背包的不同特性。在这个框架下，每个物品的价值可能代表任务的性能提升，而重量则可能是硬件资源的占用。 文章强调了在设计过程中考虑任务块之间的通信成本的重要性，因为这直接影响到系统的整体效率。为了应对这一挑战，作者不仅讨论了精确算法，这类算法能够保证最优解，但可能计算复杂度较高，适用于问题规模较小的情况；还介绍了启发式算法，它们能够在较短的时间内找到接近最优的解决方案，适合处理大规模的实际问题。 对于不同类型的计算模型，作者提供了具体的算法实现和分析，比如动态规划、遗传算法、模拟退火等，并探讨了它们各自的适用场景和优缺点。通过比较和评估，读者可以了解到如何根据具体问题的特点选择最合适的算法策略。 论文的最后部分，作者并未止步于已有的研究成果，而是提出了未来研究的一些潜在问题，如如何更好地处理动态变化的环境和需求，如何引入机器学习来自动优化划分，以及如何融合硬件加速器技术以进一步提升性能。这些问题反映了软硬件协同设计领域的前沿趋势和未竟之业，为后续的研究者提供了丰富的思考空间。 这篇文章为嵌入式系统设计者提供了一个全面的视角，帮助他们理解如何通过计算模型和算法有效地解决软硬件协同设计中的复杂问题，同时也为该领域的深入研究和发展指明了方向。