SoC事务级IP核建模与管理技术研究

论文摘要

系统芯片（System-on-a-Chip,SoC）在单个硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能,具有速度快、集成度高、功耗低等优点,已成为VLSI与微电子研究与发展的一个重要方向。目前,SoC的集成度越来越高,设计复杂性日益增大。为了解决这些问题,一般采用软硬件协同设计方法进行SoC设计。其中主要有基于模块的设计（Block-Based Design,BBD）方法和基于平台的设计（Platform-Based Design,PBD）方法。BBD方法强调IP重用,它通过IP核的集成技术构造SoC系统。PBD方法是BBD方法的成熟和扩展,它延伸了设计重用的理念,强调系统重用。但这些方法都试图从系统模型直接综合到SoC系统软件目标代码以及可综合的RTL硬件系统结构,难度很大。为解决上述问题,我们提出基于层次平台的设计方法（Hi-PBD）,在系统描述与目标系统之间插入事务级以降低直接从SoC系统模型过渡到RTL级SoC系统的设计难度,提高SoC系统综合的可实现性。本文面向基于层次平台的SoC系统设计方法构建SoC高层软硬件协同设计平台的应用需求,对SoC高层设计平台中事务级IP核的建模与管理技术进行了较深入的研究。完成的主要工作和主要研究成果如下:在研究已有RTL级IP核建模方法的基础上,深入研究行为级IP核的建模方法,提出了一种面向SoC的事务级IP核建模方法。设计实现了事务级IP核的建模工具,建模工具中包括事务级的IP核可视化设计,事务级IP核的装配,自动生成事务级IP核硬件描述代码（采用SystemC语言）和其他一些功能。用我们基于SystemC语言生成的事务级JPEG编码的IP核为例子,验证工具的正确性,并优化与完善它的功能。设计实现了事务级特征描述以及事务级IP核的数据管理,事务级IP核由IP特征描述单元、IP特征描述符、IP特征描述集合构成,IP特征描述单元是构成IP库的最小单位,IP特征描述符由若干IP描述单元构成,IP特征集合由IP特征描述符构成,IP特征描述集合完整的定义了一个IP核在IP库中存放的数据结构。在事务级IP核数据管理中,为了高效的搜索IP核,构建了事务级IP库的树型结构,以IP的功能为主要搜索要素,功能相同的IP核被封装在同一个XML文件中,并设立访问权限,避免冗余信息,提高搜索效率,并且实现知识产权保护。提出了一种基于状态机的事务级IP核接口封装算法。算法的主要思想是把WISHBONE总线抽象到事务级,把事务级总线抽象成一个模块,同样需要与总线相连的IP核也抽象成一个模块,两个模块分别有各自的状态机,通过两个状态机的合并和优化最终生成接口状态机,从而得到相应的接口。并以JPEG编码的事务级IP核为例验证了接口算法的正确性。

论文目录

• 目录
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• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究动态
• 1.3 主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 事务级SoC 系统设计方法
• 2.1 事务级的定义
• 2.2 事务级SoC 系统简化模型
• 2.3 事务级IP 核的建模方法
• 2.4 嵌入式软件进程的事务级封装
• 2.5 用事务级总线实现事务级IP 核的通讯
• 2.6 事务级体系结构模板
• 2.7 事务级综合
• 2.8 本章小结
• 第三章 SoC 事务级IP 核建模工具设计方法
• 3.1 事务级IP 核简介
• 3.1.1 事务级IP 核的概念和与RTL 级IP 核的区别
• 3.1.2 确定事务级IP 核的描述语言
• 3.1.3 JPEG 编码事务级IP 核
• 3.2 建模工具的设计方法
• 3.2.1 单一模块的建模方法
• 3.2.2 模块连接的建模方法
• 3.2.3 模块间通信的建模
• 3.3 建模工具的实现
• 3.3.1 模块建模工具的实现
• 3.3.2 模块间连接工具的实现
• 3.3.3 模块间通信工具的实现
• 3.4 小结
• 第四章 SoC 事务级IP 核接口封装算法
• 4.1 接口封装的目的
• 4.2 WHISBONE 总线的事务级抽象
• 4.2.1 WHISBONE 的Master 模块的抽象
• 4.2.2 WHISBONE 的Slave 模块的抽象
• 4.2.3 WHISBONE 的Wishbone Interconn 模块抽象
• 4.3 基于状态机的接口生成方法
• 4.3.1 接口生成方法概述
• 4.3.2 信号和端口的处理
• 4.3.3 信号和端口协议的约束
• 4.3.3 接口状态机的生成
• 4.4 接口封装实例验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 SoC 事务级IP 核库管理技术
• 5.1 事务级IP 库在事务级中的作用
• 5.2 事务级IP 核的库管理技术
• 5.2.1 事务级IP 核的描述格式
• 5.2.2 事务级IP 库的检索
• 5.3 实例验证
• 5.3.1 实现框架
• 5.3.2 应用实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文工作总结
• 6.1 工作展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 参考文献
• 附录A：攻读硕士期间参加的科研项目