模型驱动的系统级软硬件协同设计若干关键技术研究

论文摘要

随着微电子技术和超大规模集成电路的快速发展，软硬件协同设计的应用范围越来越广，硬件的异构程度和软件的复杂性都达到了前所未有的程度。技术上的不断进步和成熟，使研究人员正逐步由RTL级设计向系统级设计转移。然而目前这一设计领域对系统的高层设计仍然研究不足，较多注重于RTL级和底层芯片的设计，对系统设计规范描述不够，传统的建模技术不能满足系统级设计的要求，结果使设计周期变长，设计修改困难。因此提高设计的抽象层次，采用模型驱动架构（MDA）的设计技术，在整个开发过程中以系统的建模行为驱动设计，已经成为解决问题的有效途径。本文尝试在系统级软硬件协同设计中融合先进的MDA的技术成果，探索出一种模型驱动的软硬件协同设计方案，解决系统功能建模、不同模型（ECDM到SystemC模型）间的自动转换等关键技术问题，使之能有效地分离功能设计与软硬件的具体实现；通过重用已有的组件，扩大设计空间；在不同抽象层次上进行综合与验证，改善设计性能，提高设计效率。作者完成的研究工作和贡献主要有以下几点： ■ 针对消费类数字应用产品的更新换代快、设计周期短的特点，提出了一种基于模型驱动的系统级设计方案。该方案采用具有实时处理的ECDMfExtended Co-Design Model)，模型作为系统功能描述模型，以软硬件协同设计为主要特征的SystemC模型作为实现模型，从而有效地分离了功能设计与具体实现；在设计初期能够对系统功能进行验证，纠正设计错误，因此可降低设计成本；通过自动化的模型变换来实现系统级综合，利用组件重用来优化设计空间搜索，因此能够提高系统设计的性能和开发效率。 ■ 扩展了已有CDM（Co-Design Model）模型的实时响应特性，使之能有效地提高设计方案中系统建模的能力。扩展后的模型称为ECDM模型。CDM模型作为系统级功能描述模型，能够在高层描述和调度执行系统功能、允许不同模块并发处理，但是它没有衡量不同时间约束对于系统实现的影响程度，并且同一模块不能对多个并发条件10关系进行响应。ECDM模型通过扩展条件10关系的响应时限，增强模块处理的外壳功能，解决了CDM模型的不足，使ECDM模型具有更广泛的应用范围。 ■ 提出了相应的模型转换的映射规则和算法，其特点为可灵活设置约束参数，重用已有组件等，从而可以达到设计空间优化搜索、提高设计性能的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1.软硬件协同设计研究的背景与现状分析
• 1.2.本文研究的主要内容
• 1.3.论文组织结构
• 第2章 系统级软硬件协同设计
• 2.1.系统抽象层次
• 2.2.软硬件协同设计研究范畴和方法
• 2.3.描述模型
• 2.4.设计语言
• 2.5.相关研究
• 2.6.模型驱动的系统级设计方案
• 2.7.本章小结
• 第3章 ECDM模型
• 3.1.CDM模型
• 3.2.CDM模型的优势及局限性
• 3.3.ECDM模型
• 3.4.ECDM模型的调度处理
• 3.5.ECDMsH的算法实现
• 3.6.ECDM模型的一致性验证
• 3.7.本章小结
• 第4章 模型映射及SYSTEMC代码框架的自动生成
• 4.1.问题描述
• 4.2.模型驱动构架MDA
• 4.3.ECDM到SYSTEMC的映射关系
• 4.4.ECDM到SYSTEMC的映射及其MoDMA算法实现
• 4.5.SYSTEMC代码框架生成工具MoDCT
• 4.6.实例
• 4.7.本章小结
• 第5章 行为综合与验证研究
• 5.1.分层可综合设计
• 5.2.组件包装与接口综合的算法实现
• 5.3.通道的综合及优化
• 5.4.验证
• 5.5.例子
• 5.6.本章小结
• 第6章 模型驱动的设计开发环境—IECDMDT的实现
• 6.1.1ECDMDT概述
• 6.2.1ECDMDT体系结构
• 6.3.1ECDMDT核心模块介绍
• 6.4.实例设计
• 6.5.本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1.本文工作总结
• 7.2.进一步的研究工作
• 附录A 英文缩写对照表
• 附录B 作者攻读博士学位期间论文发表情况
• 附录C 作者攻读博士学位期间取得的成果
• 附录D 作者攻读博士学位期间参加科研项目情况
• 参考文献
• 后记