软硬件协同执行架构

📚 共计 30 章节

软硬件协同设计概述

什么是协同设计 · 为什么需要 · 发展历程与趋势

系统建模与抽象层次

系统级 · 事务级 · 行为级 · RTL级建模及优缺点

软硬件划分

目标与原则 · 划分方法(图/启发式/ML) · 评估指标

接口与通信机制

AMBA/AXI · NoC · 内存映射与DMA · 中断同步

硬件加速器设计

脉动阵列 · 数据流架构 · 耦合方式 · 矩阵乘法实例

加速器架构

指令集扩展与定制

RISC-V自定义指令 · 微码状态机 · 协处理器接口

指令集RISC-V

实时操作系统与任务调度

FreeRTOS任务/中断管理 · 队列/信号量/互斥锁

硬件抽象层与设备驱动

HAL设计原则 · 字符设备驱动 · 中断/轮询模式

FPGA在协同设计中的角色

FPGA架构 · 动态部分重配置 · HLS流程

仿真与验证策略

联合仿真(SystemC+HDL) · HIL测试 · 覆盖率驱动

性能分析与优化

瓶颈识别 · Amdahl/Gustafson定律 · 协同优化

功耗分析与优化

动态/静态/短路功耗 · 功耗建模 · DVFS与门控

功耗低功耗

安全与可靠性设计

硬件木马检测 · 安全启动链 · TMR/ECC容错

异构计算平台

CPU+GPU/FPGA/ASIC · OpenCL/SYCL编程模型

高级综合(HLS)实践

C/C++→RTL · 流水线与循环优化 · 接口综合

片上系统(SoC)设计流程

需求分析 · 架构设计 · IP集成 · 验证测试

多核与多处理器系统

共享/分布式内存 · MESI协议 · 同步原语

多核一致性

虚拟化与硬件辅助虚拟化

CPU虚拟化(VT-x) · 内存EPT · I/O SR-IOV

虚拟化硬件辅助

边缘AI与协同推理

模型压缩/量化 · NPU架构 · TFLite Micro

数字信号处理(DSP)软硬件实现

FIR/IIR滤波器 · FFT加速器 · 定点数优化

通信协议栈的硬件卸载

TCP/IP卸载(TOE) · 5G LDPC · NFV

存储系统与控制器设计

NAND Flash控制器 · FTL算法 · NVMe协议

存储控制器

图形与显示系统

GPU管线 · 显示控制器 · 帧缓冲/双缓冲

汽车电子与ADAS

ISO 26262 · 传感器融合 · V模型开发

航空航天与高可靠系统

DO-254 · 三模冗余(TMR) · 看门狗/健康管理

高可靠航空

物联网(IoT)节点设计

低功耗MCU · BLE/Zigbee · 能量采集

开源工具与生态

Verilator · Yosys · OpenROAD · RISC-V工具链

敏捷硬件开发方法

Chisel/FIRRTL · Cocotb · CI在硬件中的应用

案例研究：深度学习加速器

算法到芯片 · 架构探索 · 物理设计

案例深度学习

未来趋势与挑战

存算一体 · 光计算 · 量子与经典协同