并发系统的事件结构模型初步研究 ——基于事件结构的SystemVerilog指称语义

论文摘要

并发性（Concurrency）在现实生活中普遍存在,包括并行性（Parallel）和分布性（Distribution）。并发系统是指运行在多机或支持多进程的单机体系结构上的系统,由一组共享资源的进程构成,每个进程由一个顺序程序所定义,共享资源使得各进程能相互通信、相互配合以完成某些任务。集成电路系统就是一种典型的并发系统,在运行过程中具有并发特性。由于其设计越来越复杂,同时要求投入市场的时间越来越短,所以采用以硬件描述语言HDL（Hardware DescriptionLanguage）为基础的自上而下的设计方法。利用这种语言,集成电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述设计思想。硬件描述语言在其发展的20年中,语言种类众多,例如:VHDL、Verilog和SystemC等。由于不同的语言只适合产品设计的不同阶段,使得在每一阶段都要重新编码,造成开发人员的重复劳动。为了改变这种状况,加快开发进度,Accellera标准组织提出了SystemVerilog。它对Verilog-2001进行了扩展,例如:高层抽象的系统建模、测试环境自动化以及对Verilog和C语言的整合等。由于扩展了新功能,SystemVerilog可以贯穿于硬件开发的不同阶段,减少了重复编码,适合对大型电路设计产品建模和验证。SystemVerilog功能如此强大,令硬件电路设计人员和验证人员欢欣鼓舞。但是,这也意味着SystemVerilog涉及内容广泛、语法繁多。如何准确的理解、应用SystemVerilog,以保证在设计的不同阶段排除二义性,确保硬件电路设计的正确性,这些仅靠Accellera提供的参考手册是不够的。因此,本文对SystemVerilog的指称语义进行研究。形式化方法基于数学框架,对系统的语法和语义进行严格的定义,可以保证刻画和分析系统的正确性,有效支持系统设计过程及过程的转换。目前,形式化模型主要分为交错型和真并发型两类。交错模型根据动作发生的全序关系模拟系统的行为。而真并发模型并不关心全局状态,只是根据动作的局部次序对系统行为进行模拟。这种偏序关系反映了动作间的因果联系。事件结构就是真并发模型的一种。其基本概念是标签事件和事件间的因果、矛盾、独立关系。在研究中,抽象模型采用形式化模型的真并发分支——EBES（ExtendedBundle Event Structure）,以便准确方便地刻画SystemVerilog描述的硬件系统的真并发特点。我们所做的主要工作是:首先,在研究SystemVerilog参考手册等相关资料的基础上,从其语法中抽取出一个同步子集。该子集主要刻画进程之间的交互和进程行为,包括:进程的顺序执行、并发执行、往复执行和判断执行,进程间的不确定选择,以及进程的等待和中断等。其次,利用进程代数的LOTOS形式描述以上各种进程行为的基于EBES模型指称语义,准确定义其执行后产生的结果和系统的状态,以提供一个无二义性的SystemVerilog文档,避免硬件设计中的逻辑性错误。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景知识
• 1.1.1 几种主要的HDL
• 1.2 本文主要工作
• 1.3 本文章节安排
• 第2章 形式语义学
• 2.1 形式语义学的发展
• 2.2 形式语义学的分类
• 2.2.1 操作语义学
• 2.2.2 指称语义学
• 2.2.2.1 举例
• 2.2.3 公理语义学
• 2.2.4 代数语义学
• 第3章 进程代数
• 3.1 进程代数的发展
• 3.1.1 CCS语言
• 3.1.2 CSP语言
• 3.1.3 ACP语言
• 3.2 LOTOS语言
• 3.2.1 LOTOS描述机制
• 3.2.2 LOTOS行为表示
• 第4章 事件结构
• 4.1 事件结构介绍
• 4.2 事件结构的主要类型
• 4.2.1 基本事件结构
• 4.2.2 稳定事件结构
• 4.2.3 流事件结构
• 4.2.4 集束事件结构
• 4.2.5 扩展集束事件结构
• 第5章 SystemVerilog语法介绍
• 5.1 SystemVerilog语法介绍
• 5.2 SystemVerilog基本语法结构
• 5.2.1 抽象数据类型
• 5.2.2 数组
• 5.2.3 操作符
• 5.2.4 过程语句与控制流
• 5.2.5 进程
• <sup>*'>5.2.5.1 always_<sup>*
• 5.2.5.2 fork...join
• 5.2.6 进程控制
• 5.2.7 细粒度进程控制
• 第6章 基于事件结构的SystemVerilog指称语义
• SV语法'>6.1 PA_SV语法
• SV的指称语义'>6.2 PA_SV的指称语义
• 6.2.1 时间EBES
• 6.2.2 指称语义
• 6.3 举例
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果