基于A(yíng)MBA架構的SoC系統事務(wù)級建模簡(jiǎn)介

1.引言

隨著(zhù)集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，VLSI 已經(jīng)進(jìn)入了SoC(System-on-Chip )片上系統時(shí)代。對于復雜的片上系統而言，系統驗證占整個(gè)設計時(shí)間的60%-70%，其中涉及到軟件與硬件的協(xié)同工作等等。傳統的系統驗證在RTL 級進(jìn)行，RTL 提供更精確接近實(shí)現的同時(shí)，也加長(cháng)了驗證時(shí)間以及此時(shí)發(fā)現問(wèn)題再修改帶來(lái)的成本增加，所以非常有必要地在盡可能早地進(jìn)行有效的系統驗證。

SystemC 作為一種系統描述語(yǔ)言應運而生，它支持從系統級到門(mén)級的描述，解決了傳統片上系統設計方法中不同級別使用不同描述語(yǔ)言帶來(lái)的過(guò)渡問(wèn)題，而其事務(wù)級(TransacTIon-Level，TL)建模仿真方法可以在早期有效地進(jìn)行系統驗證，同時(shí)速度較RTL 級仿真更快。

目前，事務(wù)級建模得到廣泛的使用和認同，Synopsys 公司現已提供關(guān)于AMBA 架構的事務(wù)級模型，以供進(jìn)行由AMBA 架構組成的SoC 系統的事務(wù)級建模仿真所用。

2.SystemC 事務(wù)級建模

SystemC 由C++衍生而來(lái)，在C++基礎上添加硬件擴展庫和仿真庫構成，從而使SystemC 可以建模不同抽象級別的包括軟件和硬件的復雜電子系統，既可以描述純功能模型和系統體系結構，也可以描述軟硬件的具體實(shí)現。

在使用SystemC 進(jìn)行高層次建模時(shí)，引出一個(gè)新的概念——TLM(Transaction-Level Model )事務(wù)級模型，該建模方法創(chuàng )建一可執行平臺模型，對系統進(jìn)行仿真，但其不僅僅是功能級描述，仿真也具有一定時(shí)序。

事務(wù)級模型建模因不考慮很多底層細節，所以進(jìn)行建模時(shí)間短，并且可以將重點(diǎn)放在如何通信，而不是通信在更底層如何實(shí)現;事務(wù)級建?？梢允褂檬录寗?dòng)，由一事件可以驅動(dòng)一系列行為，因此建?？梢栽谠缙谶M(jìn)行。所以，SystemC 事務(wù)級模型具有建模效率高和仿真速度快的優(yōu)點(diǎn)。另外，SystemC 事務(wù)級建模作為高層次建模方法，還具有如下特點(diǎn)：

–模型之間依靠時(shí)鐘和(動(dòng)態(tài))事件同步;

–模型內部是周期精確的;

–模塊pin 沒(méi)有明確進(jìn)行建模實(shí)現，但可通過(guò)適配器外部實(shí)現;

–模塊之間通過(guò)端口(port)和層次化通道(hierarchy channel )進(jìn)行通信。

上述特點(diǎn)描述中，端口(port)和層次化通道(hierarchy channel )概念為SystemC 事務(wù)級建模引入的新概念：

. 接口(inteRFace)：定義一組方法來(lái)實(shí)現設計目標，但不實(shí)現這些方法;

. 通道(channel)： 實(shí)現接口定義的方法;根據通道內部所實(shí)現方法的情況，又分為基本 通道和層次化通道;基本通道中沒(méi)有可見(jiàn)的結構，不包括進(jìn)程，也不能直接訪(fǎng)問(wèn)其他的基本通道;層次化通道則包括模塊、進(jìn)程等，可以直接訪(fǎng)問(wèn)其他的通道;

. 端口(port)：總是與一定的接口類(lèi)型相關(guān)聯(lián)，端口也只能連接到實(shí)現了該類(lèi)接口的通道上，通過(guò)端口模塊和進(jìn)程來(lái)訪(fǎng)問(wèn)通道內定義的接口方法; 通過(guò)接口又引出接口方法調用(interface-method-call，IMC) 的概念，是指一個(gè)進(jìn)程通過(guò)端口調用通道內實(shí)現的接口方法。方法在接口中定義，在通道內實(shí)現，但在進(jìn)程內執行。基于以上概念，提出一種事務(wù)級建模思想：

①設備若僅作為被訪(fǎng)問(wèn)者，如存儲器、FIFO 等，那么只需要定義接口，以備被訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現接口方法，此設備作為基本通道存在;

②設備若僅作為訪(fǎng)問(wèn)者，如CPU，那么只需要定義端口，來(lái)訪(fǎng)問(wèn)其他設備;

③設備若既可作為訪(fǎng)問(wèn)者和被訪(fǎng)問(wèn)者，如總線(xiàn)，那么它就需要同時(shí)定義端口和接口，同時(shí)也要實(shí)現接口，這也就是層次化通道，接口用來(lái)被訪(fǎng)問(wèn)，端口用來(lái)發(fā)起訪(fǎng)問(wèn)。

對于SoC 設計而言，事務(wù)級建模屬于架構型設計。在架構的事務(wù)級建模中，模塊在共享的通信通道(如總線(xiàn))彼此進(jìn)行交易。同時(shí)在進(jìn)行系統的SystemC 事務(wù)級建模中，可以有效地對軟件部分進(jìn)行描述，結合其進(jìn)行協(xié)同仿真。所以，對所設計的系統使用事務(wù)級模型進(jìn)行仿真時(shí)，不僅系統架構可以找到系統級的瓶頸并能有效解決，而且軟件開(kāi)發(fā)者也可以評估軟件的運行吞吐量，同時(shí)也可以研究在系統背景下軟件和硬件模型之間的交互。