基于ESL方法的AVS和H.264通用解码器的软硬件协同设计

论文摘要

随着SoC(System on Chip)系统设计复杂度的不断提高,设计前期在系统级别进行软硬件划分对SoC各方面性能的影响日趋增加,迫切需要高效快速性能分析和验证方法学。SoC是软硬件混和的系统,需要对其进行软硬件协同仿真和验证,目前的RTL级别的设计方法软硬件协同仿真在整个设计周期的中后期才开始进行,不利于尽早发现设计中的瓶颈。先进的视频解码SoC系统需要在设计前期在系统级别进行软硬件规划,同时在迫切需要高效的性能分析和验证方法平台对算法从架构层次上优化性能。只有采用新的设计方法学才能解决问题。本文将先进的电子系统级设计方法学(Electronic System Level Design Methodology, ESL)引入SoC视频解码系统的设计中,在ARM的ESL设计工具SoC Designer上分析了AVS和H.264解码系统的算法瓶颈,确定了软硬划分的方案,搭建了同时支持AVS和H.264两种标准的混合解码器架构。本文着重对混合解码器中IDCT(离散余弦反变换)算法进行硬件建模,在模型中设计了AVS和H.264的共享机制。在建模过程中对AVS和H.264 IDCT算法提出了合理的硬件加速模型架构,并在ESL平台进行了软硬协同仿真,分析了模型的加速性能,结果表明模型可以大大加快解码的仿真速度。最终建立起的基于ESL的AVS和H.264软硬协同仿真验证的SoC平台证明利用ESL设计工具进行系统设计可以在系统设计早前进行系统性能评估,有效提高软硬仿真验证速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引论
• 1.1 课题背景知识
• 1.2 传统的SoC 设计与验证方法
• 1.2.1 SoC 设计特点
• 1.2.2 软硬件协同设计流程
• 1.2.3 传统方法的局限
• 1.3 电子系统级（ESL）设计
• 1.3.1 ESL 设计的基本概念
• 1.3.2 ESL 设计的特点
• 1.4 论文的主要工作与重点内容
• 1.5 本文组织结构
• 2 ESL 设计方法
• 2.1 ESL 的应用领域与设计流程
• 2.1.1 ESL 设计阶段及目标
• 2.1.2 ESL 设计的流程
• 2.2 SystemC 事务级建模
• 2.2.1 事务级建模介绍
• 2.2.2 事务级建模的理论
• 2.3 本章小结
• 3 H.264 与AVS 协议介绍
• 3.1 H.264 协议介绍
• 3.1.1 简介
• 3.1.2 H.264 视频编码框架图
• 3.1.3 H.264 主要技术特点介绍
• 3.2 AVS 协议介绍
• 3.2.1 简介
• 3.2.2 AVS 视频编码框架图
• 3.2.3 AVS 主要技术特点介绍
• 3.3 本章小结
• 4 IDCT 建模与系统性能分析
• 4.1 基本系统的设计
• 4.1.1 基本SoC 系统平台需求
• 4.1.2 基本SoC 系统平台设计
• 4.1.3 基本SoC 系统瓶颈分析
• 4.2 系统软硬件划分策略
• 4.3 基本系统框架图
• 4.4 IDCT 算法简介
• 4.4.1 H.264 IDCT 算法
• 4.4.2 AVS IDCT 算法
• 4.5 软硬件协同仿真系统的设计
• 4.5.1 功能模块的仿真策略
• 4.5.2 子模块的仿真步骤
• 4.5.3 硬件加速模块的AHB 接口设计
• 4.5.4 软硬件协同系统的建立
• 4.5.5 功能的验证
• 4.6 在SoC Designer 中的IDCT 建模
• 4.6.1 IDCT 模块端口和寄存器设计
• 4.6.2 IDCT 模块工作流程
• 4.6.3 软硬件协同工作流程
• 4.7 任务的周期级划分及流水
• 4.7.1 任务的周期级划分
• 4.7.2 任务流水
• 4.8 硬件加速模块的进一步实现
• 4.9 本章小结
• 5 结论及总结
• 5.1 ESL 平台仿真结果
• 5.2 总结
• 5.3 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文