基于動態(tài)語言的系統(tǒng)描述、驗證和綜合.pdf

1、隨著集成電路工藝的高速發(fā)展,單塊集成電路上的晶體管數(shù)目越來越多,更多地以復(fù)雜的片上系統(tǒng)(SoC)形式出現(xiàn)。集成電路設(shè)計也從原來的寄存器傳輸級(RTL)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(ESL),由此系統(tǒng)級設(shè)計語言也適時而生。這是一種有能力在多個設(shè)計抽象級上描述電子系統(tǒng)的語言,從它的形成來看,它們來自于①對經(jīng)典的硬件描述語言的擴(kuò)展,②對通用串行語言的擴(kuò)展,④一種完全全新的設(shè)計。它們的出現(xiàn)和發(fā)展極大提高了設(shè)計人員的生產(chǎn)力。在這三種分類中,其中來自對通用串行語言C

2、/C++擴(kuò)展的SystemC廣受關(guān)注,已經(jīng)成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 由于面向硬件設(shè)計的系統(tǒng)級語言和通用語言為基礎(chǔ)軟件技術(shù)的獨(dú)立發(fā)展,使得它們無法吸收軟件技術(shù)發(fā)展的最新成果,這在一定程度上限制了設(shè)計人員的開發(fā)效率。其中近年來逐漸發(fā)展并流行的動態(tài)語言(如Python)已經(jīng)被廣泛地使用在各種大型項目中,并且取得了驕人的戰(zhàn)績。軟件巨頭微軟公司也在他們的軟件升級中加入各種動念性能的支持,如C＃的新版本和Iron Python的建立。使用這

3、些新興的軟件技術(shù)極大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期,然而如何把這些優(yōu)勢擴(kuò)展到系統(tǒng)級設(shè)計是一個極富挑戰(zhàn)性的課題。源于此,本文以流行的動態(tài)語言Python為基礎(chǔ),在這方面做有益的探索和嘗試。主要的工作如下:
　　 (1)提出新式的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計的定義和由此而生的新流程。動態(tài)系統(tǒng)描述定義為可動態(tài)修改的狀態(tài)描述集合。它是貫穿本文的核心概念,系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的三階段(描述、驗證和綜合)都建立在此基礎(chǔ)之上。它區(qū)別于傳統(tǒng)的建立在各種設(shè)計文件為基礎(chǔ)的靜態(tài)系統(tǒng)

4、描述概念。
　　 利用流行的Python動態(tài)語言,我們設(shè)計了動態(tài)系統(tǒng)級設(shè)計語言PDSL(Pythonbased Dynamic System Language),用戶可以通過它完成基于動態(tài)系統(tǒng)描述的整個流程。
　　 (2)設(shè)計并實現(xiàn)PDSL中的的動態(tài)描述方式和對應(yīng)的描述要素。用戶可利用PDSL中各種描述要素(如模塊,數(shù)據(jù),過程等)構(gòu)建一個動態(tài)系統(tǒng),并且提供各種機(jī)制能夠以程序方式動態(tài)添加、刪除和修改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為。

5、>　　 (3)設(shè)計并實現(xiàn)了PDSL中動態(tài)系統(tǒng)的驗證。這一部分首先定義了仿真時間的概念,并基于此設(shè)計和實現(xiàn)了一個離散事件驅(qū)動型系統(tǒng)仿真內(nèi)核。另外,這一部分還定義了動態(tài)系統(tǒng)驗證中的持久化管理,包括序列化和反序列化。
　　 (4)設(shè)計并實現(xiàn)了PDSL中動態(tài)系統(tǒng)的綜合。綜合是把動態(tài)系統(tǒng)的即時映像轉(zhuǎn)變成可以被業(yè)界接受的硬件描述語言描述。這其中包含數(shù)據(jù)的匹配,子模塊的識別和轉(zhuǎn)化,以及過程中Python字節(jié)碼的復(fù)雜分析和轉(zhuǎn)換。
　　

6、 (5)設(shè)計并實現(xiàn)了基于自然建模的高級綜合系統(tǒng)Trilobite。自然建模指的是一種貼近設(shè)計者認(rèn)知理解結(jié)構(gòu)的建模方式,它的理念是把大量的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移并隱藏于系統(tǒng)工具庫內(nèi)部?；谶@個理念,我們設(shè)計并實現(xiàn)了一個使用PDSL的高級綜合系統(tǒng)。它創(chuàng)建了一個框架,能夠按需要擴(kuò)展各種細(xì)化、翻譯和優(yōu)化步驟把用戶的高級描述轉(zhuǎn)化到最終的硬件描述。
　　 總的來說,這里包含兩個項目:PDSL(包含工作點1-4)和在此基礎(chǔ)上的Trilobite(包含工作

7、點5),前者面向貼近硬件的低級設(shè)計,后者針對高級建模的描述和綜合。最后論文闡述了使用動態(tài)語言Python、Trilobite和PDSL完成的溫度補(bǔ)償時鐘模塊的設(shè)計、驗證和生成的整個過程。除了這個非處理器的實例,論文闡述了簡單CPU的設(shè)計、驗證和生成以及JAVA處理器的部分設(shè)計結(jié)果。
　　 使用Python、Trilobite和PDSL的動態(tài)系統(tǒng)級設(shè)計催生了若干系統(tǒng)設(shè)計方法的改進(jìn),能極大地提高開發(fā)人員開發(fā)效率,適應(yīng)于更高級別的電子