模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)級(jí)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)的應(yīng)用范圍越來越廣，硬件的異構(gòu)程度和軟件的復(fù)雜性都達(dá)到了前所未有的程度。技術(shù)上的不斷進(jìn)步和成熟，使研究人員正逐步由RTL級(jí)設(shè)計(jì)向系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移。然而目前這一設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)的高層設(shè)計(jì)仍然研究不足，較多注重于R／TL級(jí)和底層芯片的設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范描述不夠，傳統(tǒng)的建模技術(shù)不能滿足系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的要求，結(jié)果使設(shè)計(jì)周期變長(zhǎng)，設(shè)計(jì)修改困難。因此提高設(shè)計(jì)的抽象層次，采用模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（MDA）的

2、設(shè)計(jì)技術(shù)，在整個(gè)開發(fā)過程中以系統(tǒng)的建模行為驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為解決問題的有效途徑。本文嘗試在系統(tǒng)級(jí)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中融合先進(jìn)的MDA的技術(shù)成果，探索出一種模型驅(qū)動(dòng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方案，解決系統(tǒng)功能建模、不同模型（ECDM到SystemC模型）間的自動(dòng)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(jì)與軟硬件的具體實(shí)現(xiàn)；通過重用已有的組件，擴(kuò)大設(shè)計(jì)空間；在不同抽象層次上進(jìn)行綜合與驗(yàn)證，改善設(shè)計(jì)性能，提高設(shè)計(jì)效率。作者完成的研究工作和貢獻(xiàn)主要有以下幾

3、點(diǎn)： ■ 針對(duì)消費(fèi)類數(shù)字應(yīng)用產(chǎn)品的更新?lián)Q代快、設(shè)計(jì)周期短的特點(diǎn)，提出了一種基于模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方案。該方案采用具有實(shí)時(shí)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(jì)為主要特征的SyStemC模型作為實(shí)現(xiàn)模型，從而有效地分離了功能設(shè)計(jì)與具體實(shí)現(xiàn)；在設(shè)計(jì)初期能夠?qū)ο到y(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，糾正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，因此可降低設(shè)計(jì)成本；通過自動(dòng)化的模型變換來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)綜合，利用組件重用來優(yōu)

4、化設(shè)計(jì)空間搜索，因此能夠提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能和開發(fā)效率。 ■ 擴(kuò)展了已有CDM（Co-Design Model）模型的實(shí)時(shí)響應(yīng)特性，使之能有效地提高設(shè)計(jì)方案中系統(tǒng)建模的能力。擴(kuò)展后的模型稱為ECDM模型。CDM模型作為系統(tǒng)級(jí)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(shí)間約束對(duì)于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的影響程度，并且同一模塊不能對(duì)多個(gè)并發(fā)條件IO關(guān)系進(jìn)行響應(yīng)。ECDM模型通過擴(kuò)展條件IO關(guān)系的響應(yīng)時(shí)限

5、，增強(qiáng)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(diǎn)為可靈活設(shè)置約束參數(shù)，重用已有組件等，從而可以達(dá)到設(shè)計(jì)空間優(yōu)化搜索、提高設(shè)計(jì)性能的目的。由于ECDM模型缺乏詳細(xì)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(jí)、算法級(jí)和RTL級(jí)描述和驗(yàn)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M(jìn)odCT，達(dá)到自動(dòng)化地進(jìn)行模型映射的目的。本文用實(shí)例設(shè)計(jì)跟蹤相關(guān)信號(hào)的波形，驗(yàn)證了模型映射的正確性。 ■ 基于模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)理念，我們開發(fā)了設(shè)計(jì)與測(cè)試平臺(tái)iECDMdt（integrated ECDM Design and Ten）。在該平臺(tái)上能夠完成設(shè)計(jì)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(dòng)生成SystemC行為級(jí)代碼的全過程，且使同步生成的

7、測(cè)試平臺(tái)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)聯(lián)合驗(yàn)證，提高了設(shè)計(jì)性能。作者利用iECDMdt平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字電話應(yīng)答機(jī)的全程實(shí)例設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)證明了實(shí)例設(shè)計(jì)的有效性和正確性，同時(shí)也說明了iECDMdt為系統(tǒng)級(jí)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)提供了新的方法和平臺(tái)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M(jìn)odCT，以及開發(fā)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)與測(cè)試平臺(tái)iECDMdt已在上海市科技攻關(guān)項(xiàng)目“中德合作協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)研究”中得到實(shí)際應(yīng)用。該項(xiàng)目已正式通過鑒定，