適用於系統設計和功能驗證的ESL方法學

適用於系統設計和功能驗證的ESL方法學
上網時間: 2007年01月25日

為了推廣ESL工具，供應商必須研究正確方法以及與現有設計流程共存的途徑。在向有效ESL邁進途中既需要功能驗證，也需要快速將設計功能從概念轉換到最佳化實現的能力。其它挑戰在於使供應商同意基本定義。目前共有三種設計方法學：演算法、處理器/記憶體和控制邏輯。這些方法被進一步劃分為基於平台和架構設計。此外，還有幾種可使用ESL工具的情況。首先，至少具有某些硬體和軟體上的基準。同時，ESL還考慮了設計中的高級抽象討論，且不僅僅是更高抽象語言語法。最後還需解決系統級任務。

ESL的發展對軟硬體領域都分別造成了影響(見圖1)。在硬體方面，我們可看到逐漸向更高級設計抽象級發展趨勢。在最早的電子硬體設計中，最初是使用多邊形展開設計，但後來轉向使用原理圖。接下來，設計工程師採用了整合的原理圖擷取和模擬工具。目前，他們使用HDL來實現大部份的設計。一個有趣的觀察是：許多設計工程師還使用繪圖工具進行除錯和分析。設計可視化依然是功能描述中設計過程的關鍵部份。同樣地，某種程度上需要依賴圖形來瞭解更高的複雜性。這在實質上提高了設計抽象。

在軟體流程上，我們見證了從位元和位元組級的機器程式碼、匯編語言到編譯語言的轉變。物件導向語言的最新趨勢已經在軟體實現中得到廣泛應用。相對於程式編程方法，物件導向編程(OOP)的主要優勢在於它能製作一種在增加新物件時無需改變的模組。程式設計師可製作繼承現有物件功能的新物件。這種OOP方法也被用於SystemVerilog語言中來建構複雜的測試基準，該基準用於系統級設計驗證，透過支援聲明、功能覆蓋和經改善的受約束隨機測試產生，可實現極大驗證優勢。在設計範例中的這些改變可提升設計品質，並在軟硬體開發領域實現更高的再使用。

ESL設計流程

ESL適用於設計流程中的設計實現和功能驗證。它導入了一種稱為TLM的概念。一般而言，TLM將支援更高抽象級的設計，換言之，其實現細節更少，使系統匯編、變更和確認的速度更快。

這些TLM模型可來自IP供應商，或用戶可針對特定功能自行製作，而一些業者則提供用於協助自動製作這些模型間系統級介面的工具。

對於在功能驗證中提供虛擬原型，能快速用抽象方法對SoC進行描述的能力很重要。在一般軟硬體系統驗證中，軟體可產生針對硬體的真實激勵。該方法中的一種徹底功能測試可協助減少在後期發現設計缺陷的風險，在設計流程中發現缺陷的時間通常太遲；如果擁有一個系統工作模型，就已經為軟體開發和硬體實現的平行處理提供了基礎。另一個模型來源是使用運算合成來產生用於設計實現的TLM(用於系統級匯編和分析)以及RTL模型，在這種來源中，可用C或 C++開發一種特殊的處理演算法。由於可在相同的軟硬體環境中開發系統，因此ESL將能在軟硬體間實現重要的架構設計約束交換。

對於每一個抽象級，已經有一些更受歡迎的語言問世，這些語言能有效滿足需求，協助製作整個系統流程(圖2)。儘管這些受歡迎的語言可能並不是解決某種需求的唯一選擇，但它們通常具有某些更良好的功能以協助製程改善。

C/C++及SystemC能提供系統級和TLM設計最佳化功能，但也能使用在採用其他語言的流程中。

在設計中處理行為和流量的事務概念已沿用多年，但最近才以介面定義和SoC設計中的標準獲得廣泛接受。事務的定義列舉了起始、持續時間的結束以及每個數據作業的內容，而非試圖解釋一堆事件和邊界。最近的OSCI TLM標準設定了建構系統模組的強大模型基礎，這種系統模組可在沒有多餘約束行為或實現選項的條件下，快速實現互連、執行及分析。

就完整的系統設計觀點而言，UML可對最高級行為進行建模，並執行這些模型，使模型更精確以協助推動流程的其餘部份。由於可支援創新的ESL方法學，UML正獲得普及，這種方法學已經將架構、設計和驗證域整合在統一觀點下。

具體來說，ESL類別包含了基於平台的設計、事務級建模、基於C的模擬、軟硬體協同驗證、性能最佳化及基於C的合成。設計人員可在幾種解決方案中選擇，以建構符合需求的ESL環境。Mentor Graphics擁有多種相關解決方案，包括用於設計、建模、性能分析和確認的Perspecta，這種工具能無縫地用於全面性軟硬體協同驗證；另外還提供了用於先進的功能驗證的Questa，以及用於系統級C合成的Catapult C。

圖1：用於系統設計和功能驗證的ESL流程基本架構。

圖2：不同的模型抽象擷取層需採用不同語言。

本文小結

利用ESL的全新系統級設計方法可在設計流程中獲得更直接的優勢。盡早確認系統功能行為可協助降低迴圈次數，這種更快速的模擬能讓設計人員有機會考量更多可選的設計架構，尋找更佳選擇。獲得的目標結果將有助於增加10~100倍的效率，並協助實現未來10到15年的設計，且有助於彌合軟硬體開發鴻溝。

作者：Chee-Chun Tay

應用顧問

Mentor Graphics

此文章源自《電子工程專輯》網站：
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