多核/众核网络化计算、低能耗绿色计算、高可信计算等计算模式的出现,对嵌入式实时系统带来了新的研究需求与挑战。随着嵌入式系统应用领域的不断深化和芯片集成度的日益提高,对实时性、能耗和可靠性的综合性能协同优化显得尤为重要,传统的单性能优化方法不再适用,迫切需要采用新的研究思路和优化算法。本文面向嵌入式实时系统的软硬件协同综合流程,全面总结了单处理器、多处理器(核)及片上网络(Network-on-Chip,NoC)系统等不同架构的节能、容错与能耗/可靠性折中设计方法。面向各种实现平台和设计需求、性能约束,本文采用不同的能耗和可靠性优化算法,重点解决以下关键问题:(1)嵌入式系统的软硬件划分及多属性综合评价、(2)双处理器系统的容错调度及电压分配、(3)NoC的IP(Intellectual Property)核映射及链路电压分配。论文的主要贡献和创新之处在于:(1)针对硬件面积、价格成本、功耗、实时性和可靠性约束的多目标嵌入式系统软硬件划分问题,提出了一种支持多属性决策的求解算法。根据给定的系统任务流图以及可重用软硬件组件库,首先将可靠性转化为可累加的成本型指标,基于改进后的最短路径算法,获得符合约束条件的软硬件划分方案Pareto集。在此基础上,采用组合赋权TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarly to Ideal Solution)方法,对各候选划分方案进行评价排序,从而获得综合性能评价最优的软硬件划分结果。(2)针对能量受限双处理器嵌入式实时系统的容错调度及电压分配问题,提出了一种基于禁忌搜索的可靠性优化算法。给定独立实时任务集和两个电压可动态调整的处理器,采用改进的主/副版本模型,基于EDF(Earliest Deadline First)调度,确定每个任务在任意处理器上的容错备份数,并为每个任务实例分配合适的电压模式。本算法考虑了电压降低对瞬时故障率的影响,在总能量和关键任务可靠性约束下,使系统的可靠性得到优化。(3)针对能量和可靠性感知的IP核映射与通信链路电压分配问题,提出了一种嵌套的NoC通信能耗/可靠性协同优化算法。给定IP核通信任务图和链路电压可调整的NoC平台,基于遗传算法获得NoC映射后,采用一种性能变化率驱动的启发式电压分配算法,为每个通信任务在各映射链路上分配电压值。本算法在确保NoC带宽约束的同时,可以有效降低NoC链路的通信能耗,实现了节能与可靠性的折中。随着嵌入式系统的迅猛发展和广泛应用,智能电子产品及移动互联网方兴未艾,都为嵌入式实时系统的节能、容错技术带来新的研究课题。本文提出的优化算法,为嵌入式系统的能耗/可靠性协同优化提供了新的思路和方法。