弥合抽象差距：基于规则的嵌入式系统转换设计的系统化方法

《ACM Transactions on Embedded Computing Systems》：Bridging the Abstraction Gap: A Systematic Approach to Rule-Based Transformational Design for Embedded Systems

嵌入式系统设计通过规则基于的变换方法提升抽象层次，解决异构多处理器平台中的复杂性和约束问题。采用RAMP观点（要求、应用模型、平台模型、映射决策）和抽象图表示，结合模式匹配技术实现自动化设计转换，并通过应用-平台协同探索优化设计空间，以图像处理和云检测系统为例验证方法有效性。

　　

摘要

提高抽象层次被认为是应对嵌入式系统设计日益复杂性的关键，但这会带来额外的挑战，因为初始规范与最终实现之间的抽象差距更大。本文通过扩展现有的基于设计转换的方法，并将其整合到一个基于规则的转换设计方法论中，来解决当前系统设计方法缺乏系统性的问题，该方法论适用于异构多处理器平台。该方法论将嵌入式系统设计与程序转换技术相结合，同时考虑了这类系统中存在的严格约束与平台异质性之间的相互作用。它提倡从初始需求开始逐步进行转换，以生成一个适合实现的最终优化模型。

为了研究转换在每一步对系统不同属性的影响，系统被定义为包含一组需求、一个应用模型、一个平台模型以及一组映射决策；这被称为系统的RAMP视图。RAMP视图及其精心选择的统一抽象图表示为设计转换的机械化及自动化奠定了基础。本文引入了一种模式匹配技术，并实现了一个概念验证工具，该工具通过将转换规则定义的模式与系统模型的抽象图表示进行匹配，自动检测所有可能的转换。这种底层图表示使得可以对设计的不同方面进行复杂转换，从而改进了设计空间的定义。可以通过应用-平台协同探索技术来探索设计空间，找到最有可能的应用转换序列以及最匹配的平台。通过设计一个图像处理系统和一个云检测系统，展示了所提出方法论的适用性和潜力。