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Submitted on 20 Aug 2011

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Correct and Energy-Efficient Design of a MultimediaApplication on SoCs

Adolf Abdallah, Abdoulaye Gamatié, Rabie Ben Atitallah, Jean-Luc Dekeyser

To cite this version:Adolf Abdallah, Abdoulaye Gamatié, Rabie Ben Atitallah, Jean-Luc Dekeyser. Correct and Energy-Efficient Design of a Multimedia Application on SoCs. [Research Report] RR-7715, INRIA. 2011.�inria-00616223�

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Embedded and Real Time Systems

INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE EN INFORMATIQUE ET EN AUTOMATIQUE

Correct and Energy-Efficient Design of a

Multimedia Application on SoCs

Adolf Abdallah — Abdoulaye Gamatié — Rabie Ben Atitallah — Jean-Luc Dekeyser

N° 7715

August 2011

Centre de recherche INRIA Lille – Nord EuropeParc Scientifique de la Haute Borne

40, avenue Halley, 59650 Villeneuve d’AscqTéléphone : +33 3 59 57 78 00 — Télécopie : +33 3 59 57 78 50

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❇❡②♦♥❞ ♠♦❞❡❧✲❜❛s❡❞ ❛♣♣r♦❛❝❤❡s✱ ✇❡ ❝❛♥ ❛❧s♦ ♠❡♥t✐♦♥ ❡①✐st✐♥❣ ❝♦♠♠❡r❝✐❛❧t♦♦❧s t❤❛t ♣r♦✈✐❞❡ ❘❚▲ ✭r❡❣✐st❡r tr❛♥s❢❡r ❧❡✈❡❧✮ s✐♠✉❧❛t✐♦♥ ❛♥❞ ❡♠✉❧❛t✐♦♥ ❡♥✈✐✲r♦♥♠❡♥ts ❢♦r ❧♦✇✲❧❡✈❡❧ s②st❡♠ ♣r♦t♦t②♣✐♥❣ ❬✸❪✳ ❙✉❝❤ ❡♥✈✐r♦♥♠❡♥ts ❛ss✐st s♦❢t✲✇❛r❡ ❞❡✈❡❧♦♣❡rs ✐♥ ❞r✐✈❡r ❞❡❜✉❣ ❛♥❞ ✐♥t❡❣r❛t✐♦♥✱ ❛♥❞ ❛❧❧♦✇ ❤❛r❞✇❛r❡ ❡♥❣✐♥❡❡rst♦ ❦❡❡♣ t❤❡✐r tr❛❞✐t✐♦♥❛❧ ✈✐❡✇ ♦❢ ❡♠❜❡❞❞❡❞ s②st❡♠s✳ ❯♥❢♦rt✉♥❛t❡❧②✱ ❘❚▲ ❧❡✈❡❧t♦♦❧s ❝❛♥♥♦t ❛❞❡q✉❛t❡❧② s✉♣♣♦rt t❤❡ ❝♦♠♣❧❡①✐t② ♦❢ ♠✉❧t✐✲♣r♦❝❡ss♦r ❙♦❈s r❡✲q✉✐r❡❞ ❢♦r ♠✉❧t✐♠❡❞✐❛ ❛♣♣❧✐❝❛t✐♦♥s ❜❡❝❛✉s❡ t❤❡② ❛r❡ ✈❡r② s❧♦✇ ❢♦r ❛ ♠❡❛♥✐♥❣❢✉❧❡①❡❝✉t✐♦♥ ♦❢ ❛♣♣❧✐❝❛t✐♦♥ s♦❢t✇❛r❡✳ ■♥ ♦r❞❡r t♦ r❡❞✉❝❡ s✐♠✉❧❛t✐♦♥ t✐♠❡✱ ♠❛♥②r❡s❡❛r❝❤ ❡✛♦rts ❤❛✈❡ ❜❡❡♥ ❝♦♥❞✉❝t❡❞ t♦✇❛r❞s t❤❡ ✉s❡ ♦❢ ❈②❝❧❡✲❆❝❝✉r❛t❡ ✭❈❆✮s✐♠✉❧❛t♦rs✳ ❚❤❡② s✐♠✉❧❛t❡ ❛ ♠✐❝r♦✲❛r❝❤✐t❡❝t✉r❡ ❛t t❤❡ ❝❧♦❝❦✲❝②❝❧❡ ❧❡✈❡❧ ❛♥❞ ♣r♦✲✈✐❞❡ ✇✐❞❡❧② ✉s❡❞ s✐♠✉❧❛t♦rs✳ ❆t ❛ ❤✐❣❤❡r ❛❜str❛❝t✐♦♥ ❧❡✈❡❧✱ ❛♥ ■♥str✉❝t✐♦♥ ❙❡t❙✐♠✉❧❛t♦r ✭■❙❙✮ s❡q✉❡♥t✐❛❧❧② ❡①❡❝✉t❡s ✐♥str✉❝t✐♦♥s ✇✐t❤♦✉t ❛♥② ♥♦t✐♦♥ ♦❢ ❝♦♥❝✉r✲r❡♥❝② ♦❢ ❛ ♠✐❝r♦✲❛r❝❤✐t❡❝t✉r❡✳ ❆♥ ■❙❙ ❞❡s❝r✐♣t✐♦♥ ❝❛♥ ❜❡ ❡♥❤❛♥❝❡❞ ✇✐t❤ t✐♠✐♥❣❛♥♥♦t❛t✐♦♥s ❢♦r ❛♣♣r♦①✐♠❛t✐♥❣ t❤❡ ❡①❡❝✉t✐♦♥ t✐♠❡ ❛♥❞ ♦❜t❛✐♥✐♥❣ ❛ ❜❡❤❛✈✐♦r❛❧♠♦❞❡❧✳ ❇✉t✱ t❤❡ s✐♠✉❧❛t✐♦♥ s♣❡❡❞ ✇✐t❤ ❈❆ ♦r ❜❡❤❛✈✐♦r❛❧ ■❙❙ s✐♠✉❧❛t♦rs ❛r❡❧✐♠✐t❡❞ t♦ ❢❡✇ ❤✉♥❞r❡❞ t❤♦✉s❛♥❞s ♦❢ s✐♠✉❧❛t❡❞ ❝②❝❧❡s ♣❡r s❡❝♦♥❞✳ ❈♦♥tr❛r✐❧② t♦❘❚▲✲ ❛♥❞ ❈❆✲❜❛s❡❞ t❡❝❤♥✐q✉❡s✱ ♦✉r ❛♣♣r♦❛❝❤ ❞♦❡s ♥♦t r❡q✉✐r❡ ❛♥② s✐♠✉❧❛t✐♦♥♣❧❛t❢♦r♠✳ ■♥ ❛❞❞✐t✐♦♥✱ ♦♥❧② ❛♥ ❛❜str❛❝t ❝❤❛r❛❝t❡r✐③❛t✐♦♥ ♦❢ t❤❡ ❤❛r❞✇❛r❡ ❛♥❞s♦❢t✇❛r❡ ♣❛rts ♦❢ ❛ s②st❡♠ ✐s r❡q✉✐r❡❞✳ ❆s ❛ r❡s✉❧t✱ ♥♦ ❛❝t✉❛❧ ■P ✐s ♥❡❡❞❡❞ t♦r✉♥ ❛♥❞ ❛♥❛❧②③❡ ❛ s②st❡♠✱ ❛♥❞ t❤✐s ❡❧✐♠✐♥❛t❡s t❤❡ t❡❞✐♦✉s ❝♦❞✐♥❣✴❞❡❜✉❣ ❡✛♦rts❢r♦♠ t❤❡ ♣r♦❜❧❡♠✳

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■♥ t❤✐s st✉❞②✱ s❡q✉❡♥❝❡s ♦❢ ✐♠❛❣❡s ✭♦❢ s✐③❡ 256× 256✮ ❛r❡ ❡♥❝♦❞❡❞ ❛t ❛ ❝♦♥st❛♥t❢r❛♠❡ r❛t❡ ♦❢ ✶✺ ❢r❛♠❡s ♣❡r s❡❝♦♥❞✳ ❙♦✱ t❤❡ ❏P❊● ❛❧❣♦r✐t❤♠ ♣r♦❝❡ss❡s ❛ ❢r❛♠❡❡✈❡r② ✻✻ ♠s✳ ■♥ ♦r❞❡r t♦ ❡♥❝♦❞❡ ❡❛❝❤ ❢r❛♠❡ ❜❡❢♦r❡ t❤❡ ♥❡①t ♦♥❡✱ ❛ ❞❡❛❞❧✐♥❡ ♦❢✻✻ ♠s ✐s ❝❤♦s❡♥✳ ❲❡ ❝♦♥s✐❞❡r ✜♥✐t❡ ✐♠❛❣❡ s❡q✉❡♥❝❡s✳

✷✳✶ ❋✉♥❝t✐♦♥❛❧ ♣❛rt

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❘❘ ♥➦ ✼✼✶✺

❈♦rr❡❝t ❛♥❞ ❊♥❡r❣②✲❊✣❝✐❡♥t ❉❡s✐❣♥ ♦❢ ❛ ▼✉❧t✐♠❡❞✐❛ ❆♣♣❧✐❝❛t✐♦♥ ♦♥ ❙♦❈s ✻

JpegAlgorithm

rgb : RGB2YUV dct : DisCoSTran qu : Quantization hu : Huffman re : RebuildImage

In In_rgbOut_rgb_Y

Out_rgb_U

Out_rgb_V

In_dct_Y

In_dct_U

In_dct_V

Out_dct_Y

Out_dct_U

Out_dct_V

In_qu_Y

In_qu_U

In_qu_V

Out_qu_Y

Out_qu_U

Out_qu_V

In_hu_Y

In_hu_U

In_hu_V

Out_hu_Y

Out_hu_U

Out_hu_V

In_re_Y

In_re_U

In_re_V

Out_rgbOut

P1 : Processor<<hwProcessor>>

ExecutionPlatform

P2 : Processor<<hwProcessor>>

P345 : Processor<<hwProcessor>>

<<Shaped>>Camera : Sensor<<hwSensor>>

<<hwBus>>bus: Bus

<<hwRom>>inst: InstMem

<<hwRam>>data: DataMem

<<hwActuator>>Screen: Actuator

<<abstraction>><<allocate>>

<<abstraction>><<allocate>> <<abstraction>>

<<abstraction>> <<abstraction>><<distribute>>

<<distribute>><<distribute>>

Master

Slave

❋✐❣✉r❡ ✶✿ ▼♦❞❡❧ ♦❢ t❤❡ ❏P❊● s②st❡♠ ✐♥ ▼❛rt❡✳

❜❧♦❝❦ t♦ ❡①tr❛❝t ✐♥❢♦r♠❛t✐♦♥ ✐♥ t❡r♠s ♦❢ ❢r❡q✉❡♥❝② ❛♥❞ ❛♠♣❧✐t✉❞❡✳ ❆ q✉❛♥t✐✜❝❛✲t✐♦♥ ✐s ❛♣♣❧✐❡❞ t♦ t❤❡ r❡s✉❧t✳ ■t ♣r♦❞✉❝❡s ♠❛tr✐❝❡s ♦❢ s✐③❡ ✽×✽ t♦ ✇❤✐❝❤ ❛ ❍✉✛♠❛♥❝♦❞✐♥❣ ✐s ❛♣♣❧✐❡❞✳ ❋✐♥❛❧❧②✱ ❝♦♠♣r❡ss❡❞ ✐♠❛❣❡s ❛r❡ ❜✉✐❧t ❢r♦♠ tr❛♥s❢♦r♠❡❞ ♣✐①❡❧♠❛tr✐❝❡s✳

■♥ ❋✐❣✳ ✶✱ t❤❡ ❝♦♠♣♦♥❡♥ts ✭♦r t❛s❦s✮ r❣❜✱ ❞❝t✱ q✉✱ ❤✉ ❛♥❞ r❡ r❡♣r❡s❡♥tr❡s♣❡❝t✐✈❡❧② ❝♦❧♦r tr❛♥s❢♦r♠❛t✐♦♥✱ ❞✐s❝r❡t❡ ❝♦s✐♥❡ tr❛♥s❢♦r♠❛t✐♦♥✱ q✉❛♥t✐③❛t✐♦♥✱❤✉✛♠❛♥ ❛♥❞ ✜♥❛❧❧② t❤❡ ✐♠❛❣❡ r❡❝♦♥str✉❝t✐♦♥✳ ❋✉rt❤❡r♠♦r❡✱ ✇❡ ❞❡✜♥❡ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥r❛t❡ r❡❧❛t✐♦♥s ❜❡t✇❡❡♥ t❤❡s❡ ❝♦♠♣♦♥❡♥ts ❜② ✉s✐♥❣ ❛♥ ❛❜str❛❝t ❝❧♦❝❦ ♥♦t❛t✐♦♥ ❬✼❪✳❊❛❝❤ ❝♦♠♣♦♥❡♥t ✐s ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤ ❛ ✜♥✐t❡ ❝❧♦❝❦ clk✱ ❞❡✜♥❡❞ ❛s ❛ s❡q✉❡♥❝❡ ♦❢❧♦❣✐❝❛❧ ✐♥st❛♥t ✈❛❧✉❡s✿ ❛♥ ♦❝❝✉rr❡♥❝❡ ♦❢ ✶ ♠❡❛♥s t❤❡ ❝♦♠♣♦♥❡♥t ✐s ❛❝t✐✈❡ ❛♥❞✐s s✐♠✉❧t❛♥❡♦✉s❧②✶ ❝♦♥s✉♠✐♥❣✱ ❡①❡❝✉t✐♥❣ ❛♥❞ ♣r♦❞✉❝✐♥❣ ❞❛t❛ ✭✐✳❡✳ s②♥❝❤r♦♥②❤②♣♦t❤❡s✐s ❬✺❪✮✱ ✇❤✐❧❡ ✵ ♠❡❛♥s ♥♦ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥✳

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❋✐❣✉r❡ ✷✿ ❚r❛❝❡ ♦❢ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧ ❝❧♦❝❦s ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤ ❏P❊● t❛s❦s✳

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st❛♥t❛♥❡♦✉s✑✳ ■♥ ♦✉r ❛♣♣r♦❛❝❤✱ t❤✐s ♥✉♠❜❡r ✐s ❞❡t❡r♠✐♥❡❞ ❞✉r✐♥❣ t❤❡ ♠❛♣♣✐♥❣ ♦❢ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧✐t②

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❘❘ ♥➦ ✼✼✶✺

❈♦rr❡❝t ❛♥❞ ❊♥❡r❣②✲❊✣❝✐❡♥t ❉❡s✐❣♥ ♦❢ ❛ ▼✉❧t✐♠❡❞✐❛ ❆♣♣❧✐❝❛t✐♦♥ ♦♥ ❙♦❈s ✼

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❋✐❣✉r❡ ✸✿ ❚r❛❝❡ ♦❢ ♣❤②s✐❝❛❧ ❝❧♦❝❦s ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤ ♣r♦❝❡ss♦rs ✭f1 = 25MHz, f2 =200MHz, f3 = 100MHz, f4 = 50MHz ❛♥❞ f5 = 40MHz✳

❛♥❞ ❤✉✮✳ ❚❤✐s ✐s ❞❡s❝r✐❜❡❞ ✐♥ ❋✐❣✳ ✷✱ ✇❤❡r❡ t❤❡ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧ ❝❧♦❝❦s clkrgb✱ clkdct✱clkhu✱ clkqu ❛♥❞ clkre ❛r❡ ❛ss♦❝✐❛t❡❞ r❡s♣❡❝t✐✈❡❧② ✇✐t❤ r❣❜✱ ❞❝t✱ ❤✉✱ q✉ ❛♥❞ r❡✳❚❤❡ tr❛❝❡ r❡✢❡❝ts t❤❡ ♣r❡❝❡❞❡♥❝❡ r❡❧❛t✐♦♥s ❛❜♦✉t ❝♦♠♣♦♥❡♥ts ❛❝t✐✈❛t✐♦♥s✳ ◆♦t❡t❤❛t ♠♦r❡ ❝♦♠♣❧❡① ❡①❡❝✉t✐♦♥ ♠♦❞❡❧s ❝❛♥ ❜❡ ❡❛s✐❧② ❝❛♣t✉r❡❞ ❜② s✉❝❤ tr❛❝❡s ❬✷✱ ✶❪✳■♥ t❤❡ r❡st ♦❢ t❤❡ ♣❛♣❡r✱ ✇❡ r❡❢❡r t♦ s✉❝❤ r❡❧❛t✐♦♥s ❛s ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧ ❝❧♦❝❦ ♣r♦♣❡rt✐❡s♦❢ t❤❡ ❏P❊● ❡♥❝♦❞❡r✳

✷✳✷ ❊①❡❝✉t✐♦♥ ♣❧❛t❢♦r♠

❲❡ ❝♦♥s✐❞❡r ❛ ♣❛r❛❧❧❡❧ r❛♥❞♦♠ ❛❝❝❡ss ♠❛❝❤✐♥❡ ✭P❘❆▼✮ ❛r❝❤✐t❡❝t✉r❡ ♠♦❞❡❧ ❬✽❪t♦ ❡①❡❝✉t❡ t❤❡ ❏P❊● ❡♥❝♦❞❡r✳ P❘❆▼ ✐s ❝♦♠♣♦s❡❞ ♦❢ ♣r♦❝❡ss♦rs ♦♣❡r❛t✐♥❣ s②♥✲❝❤r♦♥♦✉s❧② ❛❝❝♦r❞✐♥❣ t♦ ❛ ❣❧♦❜❛❧ ❝❧♦❝❦ ❛♥❞ ❝♦♠♠✉♥✐❝❛t✐♥❣ ✈✐❛ ❛ s❤❛r❡❞ ♠❡♠♦r②✳Pr♦❝❡ss♦rs ❛r❡ ❣✐✈❡♥ t❤❡ ❝♦♥❝✉rr❡♥t r❡❛❞ ❝♦♥❝✉rr❡♥t ✇r✐t❡ s❡♠❛♥t✐❝s ❢♦r ♠❡♠♦r②❛❝❝❡ss ✭t❤✐s ♠❛② ✐♥❞✉❝❡ ❛❝❝❡ss ❝♦♥✢✐❝ts✮✳ ■♥ ▼❛rt❡✱ t❤❡ ❍❛r❞✇❛r❡ ❘❡s♦✉r❝❡ ▼♦❞✲❡❧✐♥❣ ✭❍❘▼✮ ♣❛❝❦❛❣❡ ♦✛❡rs ❝♦♥❝❡♣ts t♦ ♠♦❞❡❧ ❤❛r❞✇❛r❡ r❡s♦✉r❝❡s ❛s ✐❧❧✉str❛t❡❞✐♥ ✐♥ t❤❡ ❜♦tt♦♠ ♦❢ ❋✐❣✳ ✶✱ ❡✳❣✳ t❤❡ st❡r❡♦t②♣❡s ❤✇Pr♦❝❡ss♦r ❛♥❞ ❤✇❘❛♠ ❞❡♥♦t❡♣r♦❝❡ss♦r ❛♥❞ ♠❡♠♦r②✳ ◆♦t❡ t❤❛t ▼❛rt❡ ❛❧s♦ ♣r♦✈✐❞❡s ❛ ❝♦♠♣❛❝t r❡♣r❡s❡♥t❛t✐♦♥♦❢ ♣❛r❛❧❧❡❧✐s♠ ✭✐♥ ❜♦t❤ ❛♣♣❧✐❝❛t✐♦♥ ❛♥❞ ❤❛r❞✇❛r❡ ♣❛rts✮ ✈✐❛ t❤❡ ❙❤❛♣❡❞ st❡r❡♦✲t②♣❡✱ ✇❤✐❝❤ ♠❡❛♥s t❤❛t t❤❡ ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ❡♥t✐t② ❝♦♥s✐sts ♦❢ ♠✉❧t✐♣❧❡ ✐♥st❛♥❝❡s✳ ❋♦r✐♥st❛♥❝❡✱ ✐♥ ❋✐❣✳ ✶✱ t❤❡ ❝♦♠♣♦♥❡♥t P✸✹✺ ✐s ❢♦r♠❡❞ ♦❢ t❤r❡❡ ♣r♦❝❡ss♦r ✐♥st❛♥❝❡s✳

❙♦✱ ✇❡ ❝♦♥s✐❞❡r ✜✈❡ ♣r♦❝❡ss♦rs P1, P2, P3, P4 ❛♥❞ P5 ✭t❤❡ ❧❛st t❤r❡❡ ❢♦r♠P✸✹✺✮✱ ✇✐t❤ t❤❡ ❢r❡q✉❡♥❝✐❡s f1 = 25MHz, f2 = 200MHz, f3 = 100MHz, f4 =50MHz ❛♥❞ f5 = 40MHz r❡s♣❡❝t✐✈❡❧②✳ ■❢ 1/f ❞❡♥♦t❡s t❤❡ ♣❡r✐♦❞ ♦❢ ❛ ♣r♦❝❡ss♦r✇✐t❤ ❢r❡q✉❡♥❝② f ✱ ✇❡ ❤❛✈❡ 0.04µs, 0.005µs, 0.01µs, 0.02µs ❛♥❞ 0.025µs ❛s ♣❡r✐♦❞✈❛❧✉❡s ❢♦r P1, P2, P3, P4 ❛♥❞ P5 r❡s♣❡❝t✐✈❡❧②✳ ❲❡ ✉s❡ t❤❡s❡ ✈❛❧✉❡s t♦ ❞❡✜♥❡ t❤❡❛❝t✐✈❛t✐♦♥ ✐♥st❛♥ts ♦❢ ❡❛❝❤ ♣r♦❝❡ss♦r✳ ❋✉rt❤❡r♠♦r❡✱ ❢♦r s②♥❝❤r♦♥✐③❛t✐♦♥ ♣✉r♣♦s❡✱✇❡ ♥❡❡❞ t♦ ❝♦♥s✐❞❡r ❛ r❡❢❡r❡♥❝❡ ✭♦r ✐❞❡❛❧✮ ❝❧♦❝❦ κ t❤❛t ♣r♦✈✐❞❡s ❛ ❝♦♠♠♦♥ t✐♠❡❜❛s❡✳ ❲❡ ❞❡✜♥❡ t❤❡ ♣❡r✐♦❞ ♦❢ κ ❛s 1/LCM(f1, ..., f5) = 0.005µs✱ ✇❤❡r❡ ▲❈▼ ✐st❤❡ ▲❡❛st ❈♦♠♠♦♥ ▼✉❧t✐♣❧❡✳ ❋✐❣✳ ✸ ❞❡♣✐❝ts t❤❡ ♣❡r✐♦❞✐❝ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥ r❛t❡s ❜❡t✇❡❡♥♣r♦❝❡ss♦rs P1, P2, P3, P4 ❛♥❞ P5 ❛❝❝♦r❞✐♥❣ t♦ t❤❡✐r ♣❡r✐♦❞s ❛♥❞ t❤❡ r❡❢❡r❡♥❝❡❝❧♦❝❦ κ✳ ❲❡ r❡❢❡r t♦ t❤❡s❡ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥s ❛s ♣❤②s✐❝❛❧ ❝❧♦❝❦s κj ♦❢ ♣r♦❝❡ss♦rs✳

✷✳✸ ▼❛♣♣✐♥❣ ❛♥❞ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦❢ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧✐t② ♦♥ ♣❧❛t❢♦r♠

✷✳✸✳✶ ▼♦❞❡❧✐♥❣ ♦❢ ❛❧❧♦❝❛t✐♦♥

❋♦r t❤❡ ❡①❡❝✉t✐♦♥ ♦❢ t❛s❦s r❣❜✱ ❞❝t✱ q✉✱ ❤✉ ❛♥❞ r❡ s♣❡❝✐✜❡❞ ✐♥ t❤❡ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧♣❛rt✱ ✇❡ ♠♦❞❡❧ ❛♥❞ ❛♥❛❧②③❡ s❡✈❡r❛❧ ♣♦ss✐❜❧❡ ♠❛♣♣✐♥❣ s❝❡♥❛r✐♦s ♦♥t♦ ✜✈❡ ♣r♦✲❝❡ss♦rs P1, P2, P3, P4 ❛♥❞ P5✳ ❚❤❡ ❆❧❧♦❝ ♣❛❝❦❛❣❡ ♦❢ ▼❛rt❡ ♣r♦✈✐❞❡s ♦♥❡ ✇✐t❤❛❞❡q✉❛t❡ ❝♦♥❝❡♣ts ❢♦r s♣❡❝✐❢②✐♥❣ t❤❡ ❝♦♥s✐❞❡r❡❞ t❛s❦s ❛❧❧♦❝❛t✐♦♥s ♦♥ ♣r♦❝❡ss♦rs✳

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■♥ ❋✐❣✳ ✶✱ ❛♥ ❡①❛♠♣❧❡ ♦❢ ♠❛♣♣✐♥❣ ✐s s❤♦✇♥ ✇❤❡r❡ r❣❜ ❛♥❞ ❞❝t ❛r❡ r❡s♣❡❝t✐✈❡❧②❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤ P✶ ❛♥❞ P✷ ❜② ✉s✐♥❣ t❤❡ ❛❧❧♦❝❛t❡ ❝♦♥♥❡❝t♦r✳ ❚❤❡ t❛s❦s q✉✱❤✉ ❛♥❞ r❡ ❛r❡ ❞✐str✐❜✉t❡❞ ♦♥t♦ t❤❡ r❡♠❛✐♥✐♥❣ t❤r❡❡ ♣r♦❝❡ss♦rs P✸✱ P✹ ❛♥❞ P✺

❜② ✉s✐♥❣ t❤❡ ❞✐str✐❜✉t❡ ❝♦♥♥❡❝t♦r ✇❤♦s❡ ❛ttr✐❜✉t❡s ✭♥♦t s❤♦✇♥ ❤❡r❡✮ ❡①❛❝t❧②st❛t❡ ❤♦✇ ❡❛❝❤ t❛s❦ ✐s ❛❧❧♦❝❛t❡❞✳

❋✉rt❤❡r♠♦r❡✱ t❤❡ ♥✉♠❜❡r ♦❢ ♣r♦❝❡ss♦r ❝②❝❧❡s ❝♦rr❡s♣♦♥❞✐♥❣ t♦ t❛s❦ ❛❝t✐✈❛✲t✐♦♥s ♥❡❡❞s t♦ ❜❡ s♣❡❝✐✜❡❞ st❛t✐❝❛❧❧② ❞✉r✐♥❣ t❤❡ ♠❛♣♣✐♥❣✿ ✇❡ ❛ss✉♠❡ t❤❛t ❡❛❝❤❛❝t✐✈❛t✐♦♥ ♦❢ ❛ t❛s❦ t❛❦❡s c ❝②❝❧❡s✳

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▲❡t ✉s ❛ss✉♠❡ t❤❡ ♥✉♠❜❡r ♦❢ ✐♥st❛♥ts ✐♥ ❛ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧ ❝❧♦❝❦ clki✱ ✐✳❡✳ ✐ts ❧❡♥❣t❤✱✐s s♠❛❧❧❡r t♦ t❤❛t ♦❢ ❛ ♣❤②s✐❝❛❧ ❝❧♦❝❦ κj ✳ ❚❤❡ ♠❛♣♣✐♥❣ ✭♦r ♣r♦❥❡❝t✐♦♥✮ ♦❢ clki ♦♥κj ✐s ❞❡✜♥❡❞ ❛s ❢♦❧❧♦✇s✿

✶✳ ❢♦r ❡❛❝❤ k ∈ [1, length(clki)]✱ t❤❡ st❛t✉s ✭✐✳❡✳✱ ✵ ♦r ✶✮ ♦❢ t❤❡ kth ✐♥st❛♥t ♦❢clki ✐s ♠❛♣♣❡❞ ♦♥t♦ t❤❡ jth ✐♥st❛♥t ♦❢ κj ✱ ✇❤❡r❡ j = (nb❴occ(clki, k, 0) +(nb❴occ(clki, k, 1)× c) + 1)✳ ❚❤❡ ❡①♣r❡ss✐♦♥ nb❴occ(clki, k, 0) r❡t✉r♥s t❤❡♥✉♠❜❡r ♦❢ ✐♥st❛♥ts ✇✐t❤ t❤❡ st❛t✉s ✵ ✐♥ clki t❤❛t ❤❛✈❡ ♦❝❝✉rr❡❞ ❜❡❢♦r❡ t❤❡kth ✐♥st❛♥t ✇❤❡r❡❛s nb❴occ(clki, k, 1) ❝♦♥❝❡r♥s ✐♥st❛♥ts ✇✐t❤ t❤❡ st❛t✉s✶✳ ❚❤❡ ❝♦♥st❛♥t c ✐s t❤❡ ♥✉♠❜❡r ♦❢ ♣r♦❝❡ss♦r ❝②❝❧❡s ♣❡r❢♦r♠❡❞ ❜② ❛♥❛❝t✐✈❛t✐♦♥✳

▲❡t L = length(clki)✱ ❡✈❡r② kth ✐♥st❛♥t ♦❢ κj s✳t✳ ✭k > nb❴occ(clki, L, 0)+nb❴occ(clki, L, 0) × c✮ ✐s ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤ t❤❡ st❛t✉s ✈❛❧✉❡ ✵✳ ▲❡t ✉s ❝❛❧❧clk′i t❤❡ ❝❧♦❝❦ r❡s✉❧t✐♥❣ ❢r♦♠ t❤✐s st❡♣❀

✷✳ ✐♥ clk′i✱ t❤❡ ✈❛❧✉❡ ✲✶ ✐s ✐♥s❡rt❡❞ ❛t ❛❧❧ ❡♠♣t② ♣♦s✐t✐♦♥s ✇❤❡r❡ t❤❡ r❡❢❡r❡♥❝❡❝❧♦❝❦ κ ❤❛s ❛♥ ✐♥st❛♥t ♦❝❝✉rr❡♥❝❡ ✇❤✐❧❡ clk′i ❤❛s ♥♦t ❛♥② ✐♥st❛♥t ♦❝❝✉rr❡♥❝❡✳❆❧s♦✱ c− 1 ✈❛❧✉❡s ♦❢ ✲✶ ❛r❡ ✐♥s❡rt❡❞ ❛❢t❡r ❡❛❝❤ ♦❝❝✉rr❡♥❝❡ ♦❢ ❛ ✶ t♦ ❞❡❧✐♠✐t❛ ✇❤♦❧❡ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥✳ ❆❢t❡r t❤✐s st❡♣✱ clk′i ❛♥❞ κ ❤❛✈❡ t❤❡ s❛♠❡ ❧❡♥❣t❤✳

❋r♦♠ t❤❡ ❛❜♦✈❡ ❝❧♦❝❦ ♣r♦❥❡❝t✐♦♥✱ t❤❡ ♦❝❝✉rr❡♥❝❡ ♦❢ ✶ ❛t ❛♥ ✐♥st❛♥t ✐♥ ❛ ❝❧♦❝❦clk′i ✐♥❞✐❝❛t❡s t❤❛t t❤❡ ♣r♦❝❡ss♦r ❝♦rr❡s♣♦♥❞✐♥❣ t♦ κi ✐s ❛❝t✐✈❡ ❛♥❞ ✐s ❡①❡❝✉t✐♥❣♦♥❡ ✐♥str✉❝t✐♦♥ ❝②❝❧❡ ❛t t❤❛t ✐♥st❛♥t✳ ❚❤❡ ✈❛❧✉❡ ✵ ✐♥❞✐❝❛t❡s t❤❛t t❤❡ ♣r♦❝❡ss♦r✐s ✐♥ t❤❡ ◆♦♣ st❛t❡✳ ❚❤❡ ♠❡❛♥✐♥❣ ♦❢ ✲✶ ✐s r❛t❤❡r ❝♦♥t❡①t✉❛❧✿ ✇❤❡♥ ❛ s❡q✉❡♥❝❡ ♦❢s✉❝❤ ❛ ✈❛❧✉❡ ✐s ✐♠♠❡❞✐❛t❡❧② ♣r❡❝❡❞❡❞ ❜② ✶✱ t❤❡♥ ✐t ❞❡♥♦t❡s ♣♦t❡♥t✐❛❧❧② ❛❝t✐✈❡ ❛tt❤♦s❡ ✐♥st❛♥ts❀ ♦t❤❡r✇✐s❡✱ ✐t ❞❡♥♦t❡s ✐❞❧❡✳

✷✳✸✳✸ ❙❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦❢ t❛s❦s ♦♥ ♣r♦❝❡ss♦rs

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❼ ▼♦♥♦✲t❛s❦ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦♥ ❡❛❝❤ ♣r♦❝❡ss♦r✳ ❊❛❝❤ ♣r♦❝❡ss♦r ❡①❡❝✉t❡s ♦♥❡t❛s❦ ✭✐ts❡❧❢ ❡①❡❝✉t❡❞ ♦♥❧② ♦♥ t❤✐s ♣r♦❝❡ss♦r✮✳ ❋♦r ❡❛❝❤ t❛s❦ ❛ss♦❝✐❛t❡❞✇✐t❤ ❛ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧ ❝❧♦❝❦ clki✱ ✐ts s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦♥ ❛ ♣r♦❝❡ss♦r ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤❛ ♣❤②s✐❝❛❧ ❝❧♦❝❦ κj ✐s ❝❛♣t✉r❡❞ ❜② t❤❡ ❝❧♦❝❦ ♣r♦❥❡❝t✐♦♥ ❞❡✜♥❡❞ ♣r❡✈✐♦✉s❧②✱❛❝❝♦r❞✐♥❣ t♦ ❛ ♥✉♠❜❡r ♦❢ ❝②❝❧❡s ❝♦rr❡s♣♦♥❞✐♥❣ t♦ ❡❛❝❤ t❛s❦ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥✳ ❆♥✐❧❧✉str❛t✐♦♥ ✐s ❣✐✈❡♥ ✐♥ ❋✐❣✳ ✹✭❛✮ ✇❤❡r❡ ✇❡ ♠❛♣ r❣❜✱ ❞❝t✱ q✉✱ ❤✉ ❛♥❞ r❡ ♦♥t♦

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0

0 0 0 1

(b)

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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |1 1 1 1

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(c)

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0 000 1

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❋✐❣✉r❡ ✹✿ ❚r❛❝❡ s❦❡t❝❤ ♦❢ ❝❧♦❝❦s clk′rgb✱ clk′dct✱ clk′qu✱ clk′hu ❛♥❞ clk′re r❡s✉❧t✲✐♥❣ ❢r♦♠ ❛ ♠♦♥♦✲t❛s❦ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦♥ ❡❛❝❤ ♣r♦❝❡ss♦r ✭❝②❝❧❡s ♣❡r t❛s❦ ❛❝t✐✈❛✲t✐♦♥✿ crgb = 1✱ cdct = 4✱ cqu = 2✱ chu = 3 ❛♥❞ cre = 3✮✱ ✇✐t❤✿ ✭❛✮f1 = 25MHz, f2 = 200MHz, f3 = 100MHz, f4 = 50MHz ❛♥❞ f5 = 40MHz✭♣r❡❝❡❞❡♥❝❡ ❝♦♥str❛✐♥ts ✈✐♦❧❛t❡❞✮❀ ✭❜✮ f1 = 25MHz, f2 = 200MHz, f3 =100MHz, f4 = 50MHz ❛♥❞ f5 = 40MHz ✇✐t❤ ❛ ❞❡❧❛② ♦❢ ❡✐❣❤t ❧♦❣✐❝❛❧ ✐♥st❛♥ts ♦❢t❤❡ ✐❞❡❛❧ ❝❧♦❝❦ ❢♦r clk′dct ❛♥❞ s✐① ❧♦❣✐❝❛❧ ✐♥st❛♥ts ❢♦r clk′qu ✭♣r❡❝❡❞❡♥❝❡ ❝♦♥str❛✐♥tss❛t✐s✜❡❞✮ ❛♥❞ ✭❝✮ f1 = 25MHz, f2 = 100MHz, f3 = 50MHz, f4 = 50MHz ❛♥❞f5 = 40MHz ✭♣r❡❝❡❞❡♥❝❡ ❝♦♥str❛✐♥ts s❛t✐s✜❡❞✮✳

♣r♦❝❡ss♦rs P1, P2, P3, P4 ❛♥❞ P5 r❡s♣❡❝t✐✈❡❧②✳ ❋♦r t❤❡ s❛❦❡ ♦❢ s✐♠♣❧✐❝✐t②✱t❤❡ ✈❡r② s✐♠♣❧❡ ✈❛❧✉❡s crgb = 1✱ cdct = 4✱ cqu = 2✱ chu = 3 ❛♥❞ cre = 3❛r❡ ❛ss♦❝✐❛t❡❞ ✇✐t❤ r❣❜✱ ❞❝t✱ q✉✱ ❤✉ ❛♥❞ r❡ r❡s♣❡❝t✐✈❡❧②✳ ❚❤❡ ❛rr♦✇sr❡♣r❡s❡♥t t❤❡ ❛❝t✐✈❛t✐♦♥ ♣r❡❝❡❞❡♥❝❡s s♣❡❝✐✜❡❞ ✐♥ t❤❡ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧ ♣❛rt ❛❢t❡rt❤❡ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ✐s ❛♣♣❧✐❡❞✳

❼ ▼✉❧t✐✲t❛s❦ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦♥ ♣r♦❝❡ss♦rs✳ ❍❡r❡✱ ❛ ♣r♦❝❡ss♦r ❝❛♥ ❡①❡❝✉t❡ s❡✈❡r❛❧t❛s❦s✳ ❚♦ ❞❡✜♥❡ s✉❝❤ ❛ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣✱ ✇❡ ❛♣♣❧② ❛ t✐♠❡ s❧✐❝✐♥❣ t♦ t❤❡ ❢✉♥❝t✐♦♥❛❧❝❧♦❝❦s clki ♦❢ ❛❧❧ t❛s❦s t♦ ❜❡ ❡①❡❝✉t❡❞ ♦♥ ❛ ♣r♦❝❡ss♦r ✇✐t❤ ❛ ♣❤②s✐❝❛❧ ❝❧♦❝❦κj ✳ ❲❡ ♣❛rt✐t✐♦♥ ❡✈❡r② ❝❧♦❝❦ clki ✐♥t♦ s♠❛❧❧❡r s❧✐❝❡s ✭s✉❜✲s❡q✉❡♥❝❡ ♦❢ clki✮✇✐t❤ ❡q✉❛❧ s✐③❡s✱ ❡✳❣✳✱ ❛ s❧✐❝❡ s ❝❛♥ ❜❡ ❛ ♣❡r✐♦❞ ✐♥ t❤❡ ❜✐♥❛r② ♥♦t❛t✐♦♥♦❢ clki✳ ❚❤❡ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦❢ s ✐s ❞❡✜♥❡❞ ❛s t❤❡ ❝❧♦❝❦ ♣r♦❥❡❝t✐♦♥ ♦❢ s ♦♥κj ✳ ❚❤❡♥✱ ✇❡ ❞❡✜♥❡ t❤❡ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦❢ t❤❡ ✇❤♦❧❡ t❛s❦s ❛s ❢♦❧❧♦✇s✿ t❤❡♣r♦❝❡ss♦r r❡♣❡❛t❡❞❧② s✇✐t❝❤❡s ❢r♦♠ t❤❡ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦❢ ❛ t❛s❦ t♦ ❛♥♦t❤❡r❛❢t❡r t❤❡ s❝❤❡❞✉❧✐♥❣ ♦❢ ❡✈❡r② s❧✐❝❡✳ ❚❤✐s ✐s ♣❡r❢♦r♠❡❞ ✉♥t✐❧ ❛❧❧ s❧✐❝❡s ♦❢ ❛❧❧t❛s❦s ❛r❡ s❝❤❡❞✉❧❡❞✳

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❈♦♥✜❣✉r❛t✐♦♥s ■❉ ◆✉♠❜❡r ♦❢ Pr♦❝✳ ❆❧❧♦❝❛t✐♦♥ t②♣❡✶ ✶ t❛s❦✴♣r♦❝❡ss♦r✷ ✷ t❛s❦✴♣r♦❝❡ss♦r✸ ✸ t❛s❦✴♣r♦❝❡ss♦r✹ ✹ t❛s❦✴♣r♦❝❡ss♦r✺ ✺ t❛s❦✴♣r♦❝❡ss♦r✻ ✷ s✉❜✲✐♠❛❣❡✴♣r♦❝❡ss♦r✼ ✸ s✉❜✲✐♠❛❣❡✴♣r♦❝❡ss♦r✽ ✹ s✉❜✲✐♠❛❣❡✴♣r♦❝❡ss♦r✾ ✺ s✉❜✲✐♠❛❣❡✴♣r♦❝❡ss♦r

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❚❛s❦ ★ ❈②❝❧❡s P♦✇❡r ✭♠❲✮r❣❜ ✼✺✸✹ ✸✼✹✶❞❝t ✼✷✶✹ ✸✼✼✻q✉ ✻✾✷✵ ✸✽✺✽❤✉ ✺✺✵✹ ✸✻✼✺r❡ ✹✺✾✹ ✸✻✺✸

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SystemC simulation Abstract clock analysis

Configurations

Exe

cutio

n tim

e (m

s)

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5

Configurations

Exe

cutio

n tim

e (m

s)

0

20

40

60

80

100

120

140

1 6 7 8 9

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Pr♦❝✹

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0

50

100

150

200

250

300

350

1

SystemC simulationClock based analysis

Ener

gy (u

J)

Configurations6 7 8 9

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❖♥ t❤❡ ♦t❤❡r ❤❛♥❞✱ s✐♥❝❡ t❤❡ ❙②st❡♠❈ ✐♠♣❧❡♠❡♥t❛t✐♦♥ ❛♥❞ ❈❆ s✐♠✉❧❛t✐♦♥r❡q✉✐r❡s ❛ s✐❣♥✐✜❝❛♥t t✐♠❡ ✭❛❜♦✉t ♦♥❡ ✇❡❡❦ t♦ ❛❝❤✐❡✈❡ ❛❧❧ ❡①♣❡r✐♠❡♥ts✮ ❝♦♠✲♣❛r❡❞ t♦ t❤❡ ❝❧♦❝❦✲❜❛s❡❞ t❡❝❤♥✐q✉❡ ✭❤❛❧❢ ❛ ❞❛②✮✱ t❤❡ ❧❛tt❡r ❛♣♣r♦❛❝❤ ✐s t❤❡r❡❢♦r❡♣r❡❢❡r❛❜❧❡ ❢♦r ❛ ♣r❡❧✐♠✐♥❛r② r❛♣✐❞ ❡①♣❧♦r❛t✐♦♥ ♦❢ ❧❛r❣❡ ❞❡s✐❣♥ s♣❛❝❡s✳ ❋✐♥❛❧❧②✱♦✉r ❝❧♦❝❦✲❜❛s❡❞ ❛♥❛❧②s✐s ✐s ❛♣♣❧✐❝❛❜❧❡ ♠♦❞✉❧❛r❧② t♦ ❛♥② ♣❡r✐♦❞✐❝ ❝❧♦❝❦ tr❛❝❡✐♥❞❡♣❡♥❞❡♥t❧② ❢r♦♠ t❤❡ ♥✉♠❜❡r ♦❢ ❝❧♦❝❦s ✐♥ t❤❡ tr❛❝❡✳ ❙✐♥❝❡ ♠✉❧t✐♠❡❞✐❛ ❛♣♣❧✐✲❝❛t✐♦♥s ❤❛✈❡ ❣❡♥❡r❛❧❧② r❡❣✉❧❛r ✭r❡♣❡t✐t✐✈❡✮ ❜❡❤❛✈✐♦rs✱ t❤❡② ❝❛♥ ❜❡ ❝❤❛r❛❝t❡r✐③❡❞✇✐t❤ ♣❡r✐♦❞✐❝ ❝❧♦❝❦ tr❛❝❡s✳ ■♥ t❤❛t s❡♥s❡✱ ♦✉r ♣r♦♣♦s✐t✐♦♥ ✐s s❝❛❧❛❜❧❡✳

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Centre de recherche INRIA Lille – Nord EuropeParc Scientifique de la Haute Borne - 40, avenue Halley - 59650 Villeneuve d’Ascq (France)

Centre de recherche INRIA Bordeaux – Sud Ouest : Domaine Universitaire - 351, cours de la Libération - 33405 Talence CedexCentre de recherche INRIA Grenoble – Rhône-Alpes : 655, avenue de l’Europe - 38334 Montbonnot Saint-Ismier

Centre de recherche INRIA Nancy – Grand Est : LORIA, Technopôle de Nancy-Brabois - Campus scientifique615, rue du Jardin Botanique - BP 101 - 54602 Villers-lès-Nancy Cedex

Centre de recherche INRIA Paris – Rocquencourt : Domaine de Voluceau - Rocquencourt - BP 105 - 78153 Le Chesnay CedexCentre de recherche INRIA Rennes – Bretagne Atlantique : IRISA, Campus universitaire de Beaulieu - 35042 Rennes Cedex

Centre de recherche INRIA Saclay – Île-de-France : Parc Orsay Université - ZAC des Vignes : 4, rue Jacques Monod - 91893 Orsay CedexCentre de recherche INRIA Sophia Antipolis – Méditerranée : 2004, route des Lucioles - BP 93 - 06902 Sophia Antipolis Cedex

ÉditeurINRIA - Domaine de Voluceau - Rocquencourt, BP 105 - 78153 Le Chesnay Cedex (France)

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ISSN 0249-6399