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信息时代的微电子科技与系统芯片设计的若干关键问题 陈弘毅 SOC设计、验证与IP复用 软硬件协同设计方法 软硬件协同设计(HW/SW Co-design)的主要内容 系统的划分(Partitioning)理论与技术 硬件系统和软件系统的评估函数；划分算法 两个层次：软件与硬件的功能划分；各自内部功能的划分 软硬件协同分析、验证(理论和技术)和测试方法 软硬件的生成与优化(综合的理论与技术) 主要设计步骤 系统建模 数据流图(DG)：适于DSP系统 有限状态机(FSM)：适于控制为主系统 通信顺序处理(CSP) 程序状态机(PSM)：适于控制/数据为主系统，软件应用 VHDL：硬件与某些软件应用 系统方案评估 性能 硬件：速度或数据率、芯片尺寸、可测试性、功耗等 软件：执行时间、程序/数据/存储器的尺寸、流水作业性等 成本：经费成本、设计人力成本等 迅速产生对系统的一系列软硬件划分方案以供选择 优化的划分方案 准备工作：定义目标粒度；选择设计标准；选择评估模型；定义衡量划分质量的单一成本值 寻找大量可能划分的一个优化的子集 协同综合 软件综合：用传统的编译器把复杂描述转换为传统软件程序 硬件综合： 高层综合 RTL综合：包括顺序综合、逻辑综合、工艺映射 协同模拟：RTL(硬)+指令集(软) 统一的SystemC语言 SystemC与OSCI 1999年9月27日成立开放SystemC促进会(OSCI，Open SystemC Initiative)，主要的发起单位有Synopsys、CoWare、Frontier、VSIA等50多个EDA、系统和IC公司 SystemC 是近年来发展的一种基于C/C++风格的、有利于系统级IP建模与交换的系统描述语言 旨在建立推动SOC设计产业的、具有互操作性的工具平台 它并不用特殊的语言结构扩展C/C++，而是采用建立C++类型库的方法，仍然使用ANSI-C++编译器。包括一个C++类型库和一个小巧的模拟器内核 OSC Kit和授权 目的：互操作性 源码修改： 成员共享 商用授权通过代理 SystemC架构 Core仅提供一小组constructs，建立与硬件结构化描述、并发、通信、同步等有关的描述模型 SystemC克服C/C++不具并发性、无时间概念、缺少硬件类型的通信、重启动和多数据种类 模块：SC_MODULE，是结构化、层次性实体，内部可含其他module或进程(process)。模块的constructor是SC_CTOR 进程：PROCESS，非层次性，由敏感信号引发，有三种 方法：SC_METHOD，无自己的执行线程 线程：SC_THREAD，有自己的执行线程 时钟线程：SC_CTHREAD，必须同时指定时钟，敏感信号即时钟 端口：PORT，单、双向 信号：SIGNAL 分辨(resolved)信号：sc_signal_rv，具有多个驱动源，须接分辨端口 非分辨(unresolved)信号 时钟：SC_CLOCK，按时序正确模拟硬件的并发事件 多种数据类型：sc_bit; sc_logic; sc_int; sc_uint; sc_bigint; sc_biguint; sc_bv; sc_lv; sc_fixed; sc_ufixed; sc_fix; sc_ufix; 等 基于周期(cycle-based)的模拟内核：可以实现快速模拟 支持多种抽象级别：系统级、算法级、RTL等 通信协议：提供多种通信语义以在不同抽象级别描述SoC和系统I/O协议 描述D触发器的例子 必威体育精装版版本：SystemC 2.0.1，2001年，作者 Synopsys, Inc.：Stan Y. Liao, etc. CoWare, Inc.：Harish Sarin, etc. SOC的设计任务与流程 要求系统级厂商与半导体厂商更加密切的结合 需要统一的语言：统一的C/C++语言风格使工业界能够实现 系统级IP的模型建立与交换 可互操作的工具构架的建立 采用统一的SystemC设计方法 系统级HW/SW协同设计、功能块产生、系统集成 SOC验证问题 SOC的高复杂性使验证成为设计的主要任务 传统模拟验证方法的问题 需要合理而充分地选取输入激励图案 不完备(incompleteness) ，不能完全保证正确性 模拟时间太长，占据50%以上工作量 模拟结果需要与标准结果比较 解决方法：快速与完备性验证 静态验证(STV or STA, Static Timing Verification or Analysis; FV, Formal Verification) 快速模拟(CBC, Cycle Based Simulation; NCC, Native Compiled C