系统级设计和验证新方法

系统级建模和验证在如今规模庞大的SoC设计中占据越来越重要的地位。本文提供了一种算法与结构模块联合建模的系统级设计和验证方法。在SLD阶段将算法模型重用成RM模型，挂接到基于AMBA总线系统的架构上去进行仿真验证。将算法模块和双层总线架构模块连接，进行联合设计验证、及软硬件协同调试。随着深亚微米时代的到来，SoC设计规模越来越复杂，技术上的不断演进和成熟，使系统级设计SLD(SystemLevelDesign)和验证技术及其应用受到日益广泛的关注。IC行业在数字设计系统方面将由RTL向SLD逐渐转移。SystemC作为一种适于高级建模和仿真的SLD事实标准语言，已被广泛应用于功能验证和软硬件件协同验证等多个领域。SLD包括从系统规格开始的C/C++/SystemC输入、体系验证、功能验证、虚拟硬件原型生成、软硬件共同开发以及C/C++/SystemC、VHDL和Verilog的混合验证、软硬件的协同验证，直到寄存器级的HDL源码生成和验证。SLD设计过程在规格级阶段就执行SLD，可以防止在产品需求分析过程中产生有缺陷的规格(Spec)，避免在后续的SOC设计流程中缺陷被不断放大，进而导致整个ASIC开发过程迭代或芯片出错。据业界统计，在SOC的设计过程中，Spec的错误可能会造成价值一百万美元的的损失。SLD能完成SPEC阶段需求和性能分析，进行SOC架构需求和性能分析、算法需求和性能分析，避免Spec设计中的Bug。SLD将通过建立系统级的抽象模型，执行仿真验证分析和评估给出量化的指标和数据，从而对Spec阶段的需求和性能作出正确的设计，随后在SLD的基础上进行软硬件模块划分。建模是通过C/SystemC在不同抽象级别进行的，包括：无时序功能级UTF(UntimedFunctional)、时序功能级TF(TimedFunctional)、总线循环精确级BCA(Bus-CycleAccurate)和循环精确级CA(CycleAccurate)。SLD可采用Synopsys的系统设计工具CoCentricSystemStudio(以下简称为CCSS)。CCSS可提供运算规则和架构的建模和仿真，另外在软硬件协同调试中可连接软件调试器，如ARM的ADU/AXD、Tornado等进行调试。系统级的DesignWare库包括ARM_Processor和AMBA的SystemC模型库。在SystemC综合方面，Sysnopsys提供支持SystemC综合的SystemC编译器，目前支持RTLSystemC综合和行为级SystemC综合。在进行算法链路建模仿真时，可以采用CCSS。CCSS中增加了OR、AND、GATED等多种控制模型(层次化有限状态机(FSM)模型)。Cossap的底层模块在CCSS中为PRIM模块，层次模块为数据流图(DFG)模块。用CCSS执行算法链路建模仿真，具有多种优势：建模种类多，数据类型丰富；版本控制更容易；变速率模块编写简单，PRIM模块编程直接支持端口的变速率；CCSS仿真速度更快，调试方法更方便(例如：可以在编程时使用inline函数，或通过调用外部函数提高仿真速度；将仿真链路中的反馈部分用PRIM模块建模，其仿真速度快于SDS模块的仿真速度；在生成仿真时关闭调试选项，提高仿真速度)。可以使用SystemC进行系统建模。SystemC是一种C++类库(包括C++程序、库、封装等)，是用来模拟硬件包含DSP、ASIC、IPCore和接口的SOC设计方法学。它可以完成系统级设计功能：在抽象层建模，细化成硬件；模拟软件模型，如中断、异常处理；在系统级范围验证；硬件/软件联合验证；能利用IP。它还可提供VHDL和Verilog的所有优点：并发性如方式(methods)、线程、时钟线程；时钟的概念；位宽可变的bit_true数据类型等。目前采用2.0.1版。SystemC能在任何支持ANSIC++的编译环境下编译产生可运行的程序，如Gnug++的2.95及以后版本，MicrosoftVisualC++6.0及以后版本。可以利用标准C/C++的调试工具进行代码级调试，例如Unix、Linux下的gdb、ddd、xgdb、dbx；Windows下的VisualC++集成开发环境。在代码中可以利用C++的I/O语句，也可以采用SystemC内嵌函数创建文件、记录波形，支持VCD、WIF和ISDB三种标准格式。SystemC的设计分为四层：(见图1)UTF级：就是一个系统可以运行的系统规格书。系统被描述成一系列通过抽象的通信连接起来的进程，可以采用时序方式/并发方式或两者兼而有之，时间只是作为因果关系而引入。TF级：是一个高层抽象性能模型，UTF中的进程和通信连接都分配了执行的时间，特别指时钟周期或实际时间，对应于HDL语言的架构级。