Hardware Software Co-Design of a Multimedia SOC Platform pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Chen, Sao-jie/ Lin, Guang-Huei/ Hsiung, Pao-ann/ Hu, Yu Hen

出品人:

页数:172

译者:

出版时间:

价格:1150.00 元

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isbn号码:9781402096228

丛书系列:

图书标签:

• 硬件软件协同设计
• 多媒体SoC
• 片上系统
• 嵌入式系统
• 系统级设计
• VLSI
• 数字电路
• 计算机体系结构
• 信号处理
• 实时系统

《面向嵌入式系统的低功耗实时控制设计》 本书聚焦于当代嵌入式系统设计中至关重要的两大核心挑战：实现高效率的实时性能与将能耗控制在极低水平。 本书并非仅仅停留在理论介绍层面，而是深入剖析了从系统级架构选择、硬件加速器设计，到复杂软件调度算法的完整流程，为工程师和研究人员提供一套系统化、可操作的解决方案框架。 第一部分：嵌入式系统基础与功耗分析的深度剖析 本部分首先为读者构建坚实的理论基础，强调现代嵌入式设备（如物联网节点、可穿戴设备及边缘计算单元）的特殊约束环境。 第一章：现代嵌入式系统范式转换与设计挑战 本章回顾了传统微控制器（MCU）设计与现代异构多核系统（Heterogeneous Multi-core Systems）的本质区别。重点分析了“性能墙”与“能效墙”如何驱动系统架构的根本性变革。详细探讨了移动性、电池寿命和热设计功耗（TDP）限制对硬件/软件协同设计决策的影响。内容涵盖了从冯·诺依曼结构到近似计算（Approximate Computing）范式的演变趋势。 第二章：系统级功耗建模与量化分析 功耗优化始于精确的度量。本章详细介绍了在不同抽象层级上进行功耗建模的方法。从晶体管级的短路功耗与开关功耗的分解，到寄存器传输级（RTL）的活动因子分析，再到系统级总线和内存访问的动态功耗估算。引入了面向特定应用（Domain-Specific）的能效指标（如每操作的焦耳数，J/Op），并介绍了先进的功耗分析工具链的使用技巧，特别是如何将仿真结果映射到实际物理功耗。 第三章：电压/频率调节（DVFS）与时钟门控的精细化控制 DVFS 是功耗管理的核心手段，但其动态性和非线性特性对实时性构成挑战。本章深入研究了预测性和响应式DVFS 策略。详细阐述了如何利用任务到达的统计模型（如泊松过程或实际工作负载追踪）来提前调整系统频率，以最小化功耗裕度损失。同时，探讨了细粒度时钟门控技术在处理闲置模块和数据路径中的应用，强调门控逻辑的开销与收益平衡。 第二部分：实时性保障与任务调度优化 实时性是控制系统的生命线。本部分着重于确保系统能够在严格的时间约束内完成任务，同时与功耗优化策略有效集成。 第四章：硬实时操作系统（RTOS）内核的深度解析 本书不局限于通用操作系统的概念，而是聚焦于 VxWorks、FreeRTOS 或 QNX 等 RTOS 内核的实现细节。重点分析了中断延迟（Interrupt Latency）、上下文切换开销（Context Switching Overhead）的微观测量。深入探讨了优先级继承（Priority Inheritance）和优先级天花板（Priority Ceiling）协议在避免优先级反转中的作用，并分析了这些机制对系统抖动（Jitter）的影响。 第五章：实时任务调度算法的性能与能效权衡 本章对比了 EDF（Earliest Deadline First）和 RMS（Rate Monotonic Scheduling）在不同系统负载下的性能表现。关键在于引入了节能型实时调度（Energy-Aware Real-Time Scheduling） 框架。这包括如何利用任务松弛时间（Slack Time）来动态降低处理器频率，或推迟非关键任务的执行，从而在不违反硬性截止时间的前提下，最大化能耗节约。引入了基于约束满足（Constraint Satisfaction）的离线调度优化方法。 第六章：确定性总线与内存访问管理 在现代SoC中，内存带宽和总线仲裁是实时性瓶颈的主要来源。本章探讨了如何设计具备时间保证的片上通信结构（如基于 TDM 或时间触发以太网的骨干网络）。详细介绍了内存访问的优先级管理机制，以及如何利用缓存分区（Cache Partitioning）或直接内存访问（DMA）的预取策略来消除长尾延迟，确保关键数据路径的确定性访问时序。 第三部分：硬件加速与能效协同设计 本部分转向硬件层面的设计，关注如何利用专用硬件加速器来提升特定算法的能效，同时保证软件层面的可编程性。 第七章：领域特定架构（DSA）的能效优势 探讨了如何识别应用中的“热点”计算，并将其映射到低功耗的硬件加速器上。分析了 ASIC、FPGA 逻辑单元以及低精度定点运算单元在处理信号处理、图像编解码等任务时的能效比（Performance per Watt）。本章特别关注如何设计接口协议和数据流，以最小化数据在存储器和加速器之间搬运时所消耗的能量。 第八章：固件与驱动程序的低功耗优化技术 即使硬件设计出色，低效的固件也会抵消其能耗优势。本章聚焦于编译器优化技术，如循环展开、指令调度以提高流水线效率，从而在更短的时间内完成工作并进入深度睡眠模式（Deep Sleep）。详细介绍了中断服务程序（ISR）的编写规范，以最小化 ISR 停留时间，并强调了如何有效地利用硬件的休眠/唤醒机制，包括看门狗定时器（WDT）和低功耗待机模式的配置。 第九章：安全隔离与低功耗的融合 在联网的嵌入式设备中，安全机制（如加密/解密）往往带来显著的性能开销和功耗负担。本章分析了硬件安全模块（HSM）的能耗特性，并介绍了“按需加密” 策略。讨论了在实时数据流中，如何平衡计算复杂度和能源消耗，例如使用轻量级加密算法或仅在数据跨越信任边界时才激活全强度加密引擎。 结语：面向未来的自适应嵌入式平台 本书的最终目标是培养读者构建自适应平台的能力——即系统能够根据环境输入（如工作负载变化、电池电量、环境温度）自动、平滑地调整其性能-功耗曲线。通过对上述软硬件技术的综合应用，读者将能够设计出不仅满足严格实时性要求，同时在电池寿命和能源预算上具有显著优势的下一代嵌入式解决方案。

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《Hardware Software Co-Design of a Multimedia SOC Platform》这个书名，一听就让人感觉是为那些醉心于系统级设计的工程师准备的。作为一个在嵌入式领域工作多年的从业者，我深知一个高性能的多媒体 SOC 平台，是实现各种尖端应用的基础。而“Hardware Software Co-Design”，这个概念对我来说，并非陌生，但却始终充满着无限的探索空间。我经常思考，究竟是什么样的驱动力，让这个“协同设计”变得如此重要，以至于能够被单独拎出来成为一本书的主题。 我猜测，这本书的书名所暗示的，并非简单的硬件和软件的堆砌，而是一种更深层次的、系统性的融合。它可能是在探讨，如何在一个多媒体 SOC 的生命周期中，将硬件的设计与软件的开发紧密地联系起来，互相促进，共同演进。比如，在设计一个低功耗、高性能的视频处理 SOC 时，硬件工程师可能需要精心设计缓存一致性协议和数据通路，而软件工程师则需要开发能够充分利用这些硬件特性的编译器和运行时环境。这本书会不会深入剖析在这些关键环节中，硬件和软件之间的权衡与取舍？又或者，它会揭示一些前沿的协同设计方法论，例如如何利用硬件描述语言（HDL）和高级编程语言（如 C++）之间的桥梁，来实现更高效的 IP 核复用和系统集成？

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这本书的书名《Hardware Software Co-Design of a Multimedia SOC Platform》光是读起来就透着一股子硬核的科技范儿。作为一名对嵌入式系统设计和多媒体处理一直很感兴趣的工程师，我对于这类深入探讨 SOC（System on Chip）平台设计的书籍总是充满期待。尤其是在当今这个时代，多媒体应用已经渗透到我们生活的方方面面，从智能手机到车载娱乐系统，再到物联网设备，无不依赖于强大的 SOC 芯片。而硬件和软件的协同设计，更是决定了这些平台性能、功耗和成本的关键。 我一直在思考，究竟是什么样的契机，或者说是什么样的技术挑战，使得硬件和软件的“co-design”变得如此重要？它仅仅是把硬件和软件分别设计好，然后集成在一起这么简单吗？还是说，它涉及到更深层次的互相依赖和影响，甚至在早期设计阶段就需要考虑彼此的适配性和优化？这本书的书名给我留下了这样的疑问，也激发了我想要去了解那些在 SOC 平台设计过程中，开发者们是如何权衡和取舍的。比如，在设计一个高性能多媒体解码器时，是将一些计算密集型的任务直接固化到硬件中以获得极致的速度，还是选择更灵活的软件实现，以便于后期的更新和支持？而这种选择，又会对整体的功耗、芯片面积以及开发周期产生怎样的连锁反应？这其中的权衡和决策过程，往往是最具挑战性也最有价值的部分，也是我最希望在这本书中能够找到答案的地方。

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这本书的书名《Hardware Software Co-Design of a Multimedia SOC Platform》非常吸引人，尤其是“Multimedia SOC Platform”这个词，让我联想到无数充满活力的应用场景。我是一名对智能家居和可穿戴设备领域颇感兴趣的科技爱好者，而这些设备的核心往往离不开强大的多媒体处理能力。通常，要实现流畅的音视频交互、高效的图像识别或者沉浸式的AR/VR体验，都需要一个高效且功耗控制得当的 SOC 芯片。而“co-design”，这个词汇本身就暗示着一种更加成熟、更加一体化的设计理念。 我一直在思考，在设计这样一个多媒体 SOC 平台时，硬件和软件之间的“协同”究竟意味着什么？它会不会涉及到对传统的设计流程进行颠覆？比如，是不是说，在硬件尚未完全确定时，软件工程师就已经可以基于一个抽象的模型进行开发，从而大大缩短整体的开发周期？又或者，软件层面的某些创新算法，会直接驱动硬件架构的演进，促使工程师设计出更具针对性的硬件加速单元？我非常希望这本书能够解答这些疑问，让我了解在这个过程中，是哪些具体的因素促成了硬件和软件的“协同”，又有哪些挑战是他们在面对这些多媒体应用需求时，需要共同克服的。

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这本书的书名《Hardware Software Co-Design of a Multimedia SOC Platform》让人眼前一亮，尤其是“co-design”这个词，一下子就抓住了我的注意力。我是一名在消费电子领域摸爬滚打多年的产品经理，深知一款优秀的多媒体产品背后，往往离不开强大的 SOC 平台支撑。而在这个平台上，硬件和软件之间的“协同设计”可以说是决定产品生死存亡的关键。我常常在思考，这个“协同设计”到底能达到一个什么样的境界？是不是意味着，在最开始的芯片架构设计阶段，就已经将软件的需求考虑得淋漓尽致，甚至反过来，软件的实现方式也会反哺硬件的优化？ 我猜想，这本书可能会深入剖析在多媒体 SOC 平台的设计过程中，硬件和软件团队是如何打通壁垒，实现无缝协作的。例如，在设计一款高清视频处理 SOC 时，硬件工程师可能需要设计专用的编解码单元，而软件工程师则需要开发高效的驱动程序和算法来充分利用这些硬件资源。这个过程中，肯定会遇到无数的挑战，比如如何保证数据在硬件和软件之间传输的效率？如何处理不同模块之间的延迟和同步问题？更重要的是，如何在有限的成本和功耗预算下，实现最佳的多媒体处理性能？这些都是我在工作中经常会遇到的痛点，所以我特别期待这本书能提供一些系统性的解决方案和实践经验。

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《Hardware Software Co-Design of a Multimedia SOC Platform》这个书名，对我这个正在学习数字逻辑和计算机体系结构的在校研究生来说，简直就像是一个宝藏的指示。我一直觉得，要真正理解一个复杂的电子系统，单看硬件或者单看软件都是不够的，关键在于两者之间的交互和配合。尤其是对于多媒体 SOC 这种高度集成的平台，其设计复杂度不言而喻。书名中的“co-design”这几个字，就暗示了这本书不仅仅是在讲如何设计硬件，或者如何编写软件，而是在探讨一个更宏观、更系统性的问题：如何让硬件和软件在这个多媒体 SOC 的生态中，形成一种你中有我，我中有你的紧密联系。 我非常好奇，这本书会从哪个角度切入来阐述这个“协同设计”呢？是会从具体的指令集架构（ISA）的定制化开始，还是会讨论如何通过软硬件分离（hardware-software partitioning）来达到最优的性能和灵活性？我脑海中浮现的画面是，可能书中会详细介绍某个典型的多媒体应用场景，比如视频编码、音频处理，然后一步步地展示，为了实现这个应用，硬件团队是如何设计出高效的加速器，而软件团队又是如何调整算法，使得这些硬件资源能够被最大化地利用。我特别期待能看到一些具体的例子，比如某个特定的时序问题是如何通过软硬件的联合调试解决的，或者某个关键的性能瓶颈是如何通过对硬件和软件进行联合优化来突破的。

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