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非同步多核心處理器之訊息傳遞閉鎖機制設計

近年來，由於單核心處理器的效能成長已趨近極限，多核心處理器架構與平行運算開始成為主流。一旦處理器的核心數變多，系統資源(如記憶體、輸入輸出等)的使用核心從只有一個變成多個，就必須有能確保資源使用時互斥的機制，以防止資源同時被多個核心存取而造成錯誤，此即所謂的鎖，而使用訊息傳遞的鎖又較使用共享記憶體的鎖更有可擴充性。現今的多核心處理器系統多使用晶片內網路連結各個核心及資源，因此可支援訊息傳遞，另因非同步系統比起需要時脈的同步系統更能節省功耗，因此本篇論文以一非同步雙道超大指令字組多核心處理器為基礎，修改其指令集架構，並於其上的晶片內網路加入一個鎖管理單元。我們將這個鎖管理單元以ModelSim 6.0模擬及驗證，使用TSMC 0.13微米的元件資料庫以Synopsys Design Compiler來做合成。

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從搜尋結果進行人際關係辨識

實體間的關係辨識一直是篇章處理中的重要工作。目前所辨識的關係，有人物與組織間的工作關係、疾病和藥的關係、作者與作品的關係、蛋白質間的交互關係或是名詞間的等價關係。所使用的方法多以學習模組或樣本分析進行辨識；少部分則是利用剖析樹從句法結構中來辨識目標關係。基本上這些方法所使用的語料可分為固定的語料及動態更新的語料（如網路搜尋結果）。雖然從固定語料辨識關係可獲得較高的正確率，然而透過搜尋引擎的搜尋結果可以得到較新的資訊。在本篇論文中，我們考量人際關係常有更新，因此在搜尋引擎結果中辨識人際關係。因此我們利用Wikipedia建置開發語料，整理出親屬關係及工作關係的關係樣板。此外，為辨識每個人物實體所對應的領域及領域詞彙，我們利用bootstrapping方式從開發語料中抽取出線索詞，用以擴充查詢詞，以擷取出相關的搜尋結果。為了加速篇章處理，我們採用簡單的人名及詞性標記，並進行人稱代詞的消解。我們提出兩階段的辨識程序，第一階段透過比對樣板，第二階段從支援向量機(support vector machine, SVM)透過抽取7種特徵進行辨識。特徵包括線索詞的數量與位置、人物的mutual information、及實體間的相似度。最後所提的方法在396個親屬關係案例的實驗的F-score可達到0.86；在175個工作關係案例中的F-score則有0.75。

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由影片自動生成「Spot the Differences」遊戲

本論文提出一個方法，可利用一段固定視角的影片產生一組「Spot the Differences」遊戲，而我們也是第一個提出自動產生此遊戲的概念。所謂的「Spot the Differences」，也就是一般俗稱「大家來找碴」，是一種以兩張相似的圖片為組合的謎題，遊戲目的是玩家必須找出其中所有的相異之處，然而「Spot the Differences」這遊戲最令人感到有趣的地方在於，玩家有時會對劇烈的變化視而不見，這種現象便是所謂的「變盲」（Change blindness）。我們提出一個有效的方法，除了能有效提高變盲發生率，並且也以物體為基礎定義了「物體視覺注意程度」以及「物體易發意識程度」，前者提供了選擇物體當作相異處的準則，後者則判斷了擺放位置的優劣，而我們便是以這三項作為製作遊戲的基準。最後透過實驗的結果佐證了這三項對於人眼搜尋及辨識相異處的重要性。

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軟體化延遲鎖定迴路之研究與實作

延遲鎖定迴路具有消除時脈歪斜的功能，目前已被廣泛應用於各種系統的同步電路，用以提供一個穩定的系統時脈。本篇論文提出了可使用軟體來控制並達到相位鎖定的軟體定義之延遲鎖定迴路平台(SDDLL)。此平台同時具有消除時脈歪斜、多相位的時脈輸出以及工作週期校正等功能，以WISHBONE bus結合了OPENRISC的or1200 CPU以及全數位式延遲鎖定迴路的數個IP。CPU可以進行軟體指令的執行與運算，在平台的應用以及規格改變時，只需要修改軟體便可符合規格，避免掉重新設計硬體的流程，減少時間及金錢的消耗，提升了重複利用度以及彈性。此平台所有的矽智財是建立在TSMC65nm GP 1P6M製程下，軟體部分則是使用gcc以及GNU toolchain來實作。

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藉系統層的資訊流動追蹤以偵測Android平台上竊取敏感資料的行為

Lookout Mobile Security(手機防毒公司)指出，Google Android Market上已超過50個以上的應用程式被發現遭注入DroidDream惡意程式，DroidDream送出大量敏感資料到遠端伺服器上，而它是第一個被發現到具有攻擊並利用Android作業系統漏洞能力的惡意程式。為了要準確分析malware，我們藉修改虛擬的ARM CPU，提出具有系統層、精確性的資訊流動追蹤能力的DroidTracking分析工具，以虛擬機器為基礎的DroidTracking可分析整個Android作業系統以了解關於竊取敏感資料的行為，不同於以往的分析工具， DroidTracking藉分析系統層的資訊可避免欲分析的資訊已遭受惡意程式所影響，再對系統物件做byte-level的分析可達到更精確的資訊流動追蹤。我們的實作包含追蹤GPS, IMEI, IMSI和ICC-ID，未來也將追蹤更多手機上的敏感資料，而實驗中，我們蒐集大量已被DroidDream感染的已知應用程式，並用DroidTracking做分析，可成功的偵測並證實被感染的應用程式正在竊取敏感資料的事實。

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利用指令軌跡的相似度進行惡意軟體分群

每天都有大量的惡意軟體產生，但這之中有許多惡意程式都是透過既有的惡意程式所改寫而來。這些藉由改寫而來的惡意程式通常都具有類似的行為，透過惡意軟體分群可以將相似的惡意程式歸納到相同的群組。惡意程式分析人員可以利用歸納出來的惡意程式群組加速對未知惡意程式的分析。本論文提出一個完整的分群機制，可以歸納具有相似攻擊行為的惡意程式到相同的群組。為了避免惡意程式使用隱匿程式碼的技術躲避分析，所以我們利用動態的方式在程式執行過程中進行程式追蹤。此外，為了避免惡意程式利用變造系統程式呼叫的內容來混淆追蹤，我們將追蹤的內容目標鎖定在CPU所運行的記憶體指令上。我們引用Taint技術來過濾掉惡意程式呼叫系統函式庫所產生的大量指令，避免真實的惡意程式指令遭到稀釋。藉由惡意程式兩兩間的指令比對，取得惡意程式彼此的相似度。最後再利用分群演算法透過先前取得的惡意程式相似度將相似的惡意程式納到同一群組。根據最後實驗分析的結果，我們有很高的機率將不相似的惡意程式分到不同的群組，並且發現現有的惡意程式分類的子群體。這些子群體的指令關聯性不大，卻同樣可以達成相同的攻擊。

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行動廣播網路之資料復原研究

DVB-H (digital video broadcasting-handheld)及DVB-IPDC (IP datacast over DVB-H)近年來已發展成數位行動廣播服務的規格。其中DVB-H提供為手持行動裝置上進行數位視訊廣播，而DVB-IPDC則可結合另外的無線網路(如IP中繼網路)，進行DVB-H廣播資料遺失補償處理。本文以採用無線寬頻網路WiMAX及WiFi之DVB-IPDC架構基礎，由滿足行動使用者服務品質的需求觀點，研究行動廣播網路之資料復原議題。研究項目分為：一、討論透過復原網路進行行動廣播資料復原的方法；二、討論行動裝置在復原網路內移動產生換手的處理方法。以下分別說明。 首先透過復原網路進行行動廣播資料復原方法的研究，討論DVB-H廣播內容資料遺失或錯誤時，由一個IP中繼網路協助進行有效率的資料重送處理。提出GPL (group packet loss)及BDH (broadcast data handover)兩個問題。GPL問題發生於重送相同的廣播資料需求，由大量的行動裝置提出，而這些行動裝置散佈於鄰近位置呈現地域性關係，或者重送廣播資料具有時間連續性的關係。BDH問題則發生於行動裝置在之前所在的服務網路細胞範圍內提出重送廣播資料需求後，因為移動性換手到新的服務網路細胞範圍，而重覆提出重送廣播資料需求。為了解決GPL及BDH問題，本文提出透過發掘時間與空間相互關連性之lazy wait及group acknowledgement方法與機制，以減少重覆提出重送廣播資料的需求數量，也可以避免行動裝置因為換手重覆提出重送廣播資料需求。此外，系統根據行動裝置上的DVB-H接收訊號品質進行數學分析，動態調整系統參數lazy wait計時器(timer)及group acknowledge回應判斷條件臨界值。模擬結果顯示所提方法可以達到減少重送廣播資料需求及重送廣播資料數量的效果，並可減輕造成IP中繼網路擁擠的狀況。 其次討論DVB-H與WiMAX行動廣播網路整合架構下，利用網路編碼進行廣播資料隨需(on-demand)復原方法的研究。此時行動裝置可以保持接收DVB-H廣播視訊內容，同時使用WiMAX網路做為復原管道進行重送廣播資料。此復原管道建模成一個提送時段接著一個復原時段的重覆訊框，行動裝置在提送時段內提出重送廣播資料需求到行動廣播伺服器，在復原時段內需重送的錯誤或遺失廣播資料則透過WiMAX網路傳遞到行動裝置。本文提出XOR編碼基礎的優先權網路編碼方法以達到復原更多具時效性廣播資料的目標，包括RGS (recovery by greedy selection)及RPS (recovery by prioritized selection)兩種方法。RGS透過建構權重二分圖來表達編碼資料封包(coded packet)對資料復原的影響程度，採用貪婪策略找尋最大權重最小覆蓋組合(maximum weight minimum dominating set)的編碼資料封包組。RPS延伸RGS方法，考量重送錯誤或遺失廣播資料與提出之重送廣播資料需求兩者之間數量的比重關係，以及編碼資料封包的重送順序兩項因素，以樹狀回溯模式進行權重調整並找尋最大權重最小覆蓋組合的編碼資料封包組。模擬結果顯示所提方法可以提升錯誤或遺失廣播資料之復原效率，並可減少需重送廣播資料因為逾越有效時限而無法復原的數量。 最後行動裝置在WiMAX與WiFi整合的復原網路內移動產生換手問題的研究。此復原網路中之WiFi網路雖然已經廣佈於大樓及公共空間區域提供無線上網，但其信號覆蓋區域有限，無法提供行動裝置於移動中之無縫連結要求。因此透過具有較大信號覆蓋區域的WiMAX網路來協助行動裝置進行換手處理，其中節省電能為一重要議題。本文根據行動裝置過去的換手紀錄，提出HGMA (handover scheme with geographic mobility awareness)方法，透過三個方式達到節省電能目標。一、透過度量行動裝置對網路的接收訊號強度及其平均移動速度，避免行動裝置觸發不必要的換手需求。二、換手時利用HCS (handover candidate selection)篩選候選網路組，以減少掃描網路接取點而節省電能。三、增加使用原先連結的WiFi或WiMAX網路類型接取點機會，減少因為使用不同類型網路切換通訊介面的頻率以節省電能。HGMA也可以讓行動裝置換手時較偏好於使用WiFi網路及獲得頻寬保證。模擬結果為行動裝置執行換手時可以節省59~80%電量消耗，獲得16~62%的更多機會使用WiFi網路，同時增加20~61%的機率滿足應用頻寬需求的服務品質要求。 總結，本文以結合無線寬頻網路的DVB-IPDC架構，研究行動廣播內容資料遺失或錯誤的資料復原處理方法。透過復原網路進行有效率的廣播資料重送，同時行動裝置在WiMAX與WiFi整合的復原網路間換手時耗損較低的電能。

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嵌入式Java加速器系統設計

Abstract Java Runtime Environment (JRE) is becoming a popular application platform for complex multimedia embedded systems today. In this thesis, we present the architecture design of a reusable Java accelerator IP for application processors for embedded systems. The accelerator IP cooperate with a general purpose processor (GPP) core to support the JRE. The GPP core is responsible for running service routines to support Java tasks such as I/O requests, dynamic class loading, heap memory management, etc. The proposed Java accelerator IP is a double-issue Java core in charge of execution of the Java applications. More importantly, it is easy to integrate such Java accelerator IP into existing embedded systems both hardware-wise and software-wise. On the software side, it does not rely on any full-blown OS (such as Linux) running on the GPP. Only a thin kernel that maintains the execution of interrupt-driven Java service routines is necessary to support the JRE. On the hardware side, the communication between the Java accelerator IP and the GPP core is achieved using a memory sharing table and an interrupt-driven mailbox device. The proposed Java embedded platform with the Java accelerator IP has been implemented on the Xilinx Virtex-5 ML507 FPGA development board.

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Android上的殭屍網路攻擊偵測

殭屍網路是現今網路上一大嚴重威脅，感染到殭屍病毒的電腦會不自覺地成為被控制的傀儡，不僅造成資料外洩、系統損壞、甚至成為重大網路攻擊的跳板。隨著智慧型手機的高度發展下，手機所提供的功能不只是傳統通電話或是傳簡訊 ，還包含了上網以及基本資料處理的功能，許多個人的資料、密碼還有相關私密的圖片、影片都會存放在手機裡，手機儼然成為一個小型PC，因此近年來許多駭客不斷發展手機上的病毒、木馬、殭屍網路等惡意軟體，去竊取手機隱私資料、發送廣告簡訊和垃圾郵件等等。因此本論文提供一個針對Android手機上的殭屍網路偵測系統，在手機的流量中，根據殭屍網路的group activity特質和異常連線，於手機前端使用Snort這款強大的IDS做即時偵測，並安裝收集殭屍網路異常封包的filter，將過濾好的封包上傳到後端的偵測中心，偵測中心從眾多手機的資料中，使用相似度演算法去判斷哪些手機是感染到殭屍病毒且正遭受惡意控制。

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密集真實移動場估測於視訊壓縮之應用

本論文針對H.264/AVC標準中的B-畫面，提出一種新的編碼方法。此方法亦是使用畫面間動作補償來預測影像，並且傳送剩餘資訊來校正影像；唯不同的是，影像的預測方法是在解碼端重新估算密集真實移動場，並以之內插影像，這當中編碼端不須傳送任何動作資訊給解碼端。我們將此方法以 16x16、8x8 與 4x4 這三種方塊大小整合入 JM17.2，並且為其帶來編碼優勢。結果也顯示，此方法在視訊壓縮中仍大有可為。