模型驅(qū)動的系統(tǒng)級軟硬件協(xié)同設(shè)計若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，軟硬件協(xié)同設(shè)計的應(yīng)用范圍越來越廣，硬件的異構(gòu)程度和軟件的復雜性都達到了前所未有的程度。技術(shù)上的不斷進步和成熟，使研究人員正逐步由RTL級設(shè)計向系統(tǒng)級設(shè)計轉(zhuǎn)移。然而目前這一設(shè)計領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)的高層設(shè)計仍然研究不足，較多注重于R／TL級和底層芯片的設(shè)計，對系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范描述不夠，傳統(tǒng)的建模技術(shù)不能滿足系統(tǒng)級設(shè)計的要求，結(jié)果使設(shè)計周期變長，設(shè)計修改困難。因此提高設(shè)計的抽象層次，采用模型驅(qū)動架構(gòu)（MDA）的

2、設(shè)計技術(shù)，在整個開發(fā)過程中以系統(tǒng)的建模行為驅(qū)動設(shè)計，已經(jīng)成為解決問題的有效途徑。本文嘗試在系統(tǒng)級軟硬件協(xié)同設(shè)計中融合先進的MDA的技術(shù)成果，探索出一種模型驅(qū)動的軟硬件協(xié)同設(shè)計方案，解決系統(tǒng)功能建模、不同模型（ECDM到SystemC模型）間的自動轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)問題，使之能有效地分離功能設(shè)計與軟硬件的具體實現(xiàn)；通過重用已有的組件，擴大設(shè)計空間；在不同抽象層次上進行綜合與驗證，改善設(shè)計性能，提高設(shè)計效率。作者完成的研究工作和貢獻主要有以下幾

3、點： ■ 針對消費類數(shù)字應(yīng)用產(chǎn)品的更新?lián)Q代快、設(shè)計周期短的特點，提出了一種基于模型驅(qū)動的系統(tǒng)級設(shè)計方案。該方案采用具有實時處理的ECDM（ExtendedCo-Design Model）模型作為系統(tǒng)功能描述模型，以軟硬件協(xié)同設(shè)計為主要特征的SyStemC模型作為實現(xiàn)模型，從而有效地分離了功能設(shè)計與具體實現(xiàn)；在設(shè)計初期能夠?qū)ο到y(tǒng)功能進行驗證，糾正設(shè)計錯誤，因此可降低設(shè)計成本；通過自動化的模型變換來實現(xiàn)系統(tǒng)級綜合，利用組件重用來優(yōu)

4、化設(shè)計空間搜索，因此能夠提高系統(tǒng)設(shè)計的性能和開發(fā)效率。 ■ 擴展了已有CDM（Co-Design Model）模型的實時響應(yīng)特性，使之能有效地提高設(shè)計方案中系統(tǒng)建模的能力。擴展后的模型稱為ECDM模型。CDM模型作為系統(tǒng)級功能描述模型，能夠在高層描述和調(diào)度執(zhí)行系統(tǒng)功能、允許不同模塊并發(fā)處理，但是它沒有衡量不同時間約束對于系統(tǒng)實現(xiàn)的影響程度，并且同一模塊不能對多個并發(fā)條件IO關(guān)系進行響應(yīng)。ECDM模型通過擴展條件IO關(guān)系的響應(yīng)時限

5、，增強模塊處理的外殼功能，解決了CDM模型的不足，使ECDM模型具有更廣泛的應(yīng)用范圍。 ■ 提出了相應(yīng)的模型轉(zhuǎn)換的映射規(guī)則和算法，其特點為可靈活設(shè)置約束參數(shù)，重用已有組件等，從而可以達到設(shè)計空間優(yōu)化搜索、提高設(shè)計性能的目的。由于ECDM模型缺乏詳細的行為描述能力，阻礙了ECDM可執(zhí)行模型的創(chuàng)建，而SystemC可在系統(tǒng)級、算法級和RTL級描述和驗證系統(tǒng)，因此作者將ECDM模型映射到SystemC環(huán)境中，提出了ECDM到Syst

6、emC的映射規(guī)則和ModMA算法，并依此開發(fā)了模型轉(zhuǎn)換及代碼生成工具ModCT，達到自動化地進行模型映射的目的。本文用實例設(shè)計跟蹤相關(guān)信號的波形，驗證了模型映射的正確性。 ■ 基于模型驅(qū)動的設(shè)計理念，我們開發(fā)了設(shè)計與測試平臺iECDMdt（integrated ECDM Design and Ten）。在該平臺上能夠完成設(shè)計系統(tǒng)的需求描述、系統(tǒng)功能建模、不同模型間的映射、自動生成SystemC行為級代碼的全過程，且使同步生成的

7、測試平臺與設(shè)計系統(tǒng)聯(lián)合驗證，提高了設(shè)計性能。作者利用iECDMdt平臺進行數(shù)字電話應(yīng)答機的全程實例設(shè)計，通過實驗證明了實例設(shè)計的有效性和正確性，同時也說明了iECDMdt為系統(tǒng)級軟硬件協(xié)同設(shè)計提供了新的方法和平臺支持。 本文提出的系統(tǒng)描述模型ECDM、不同模型的轉(zhuǎn)換算法及代碼生成工具ModCT，以及開發(fā)的軟硬件協(xié)同設(shè)計與測試平臺iECDMdt已在上海市科技攻關(guān)項目“中德合作協(xié)同設(shè)計技術(shù)研究”中得到實際應(yīng)用。該項目已正式通過鑒定，