原因是多方面的，這些原因?qū)е鲁霈F(xiàn)了各種各樣的系統(tǒng)模型,，如圖1所示,。有時(shí)候，僅僅是因?yàn)檐浖F(tuán)隊(duì)希望盡早開始設(shè)計(jì)工作,。原理上,，規(guī)劃人員可以把軟件分成與硬件無關(guān)規(guī)模較大的部分，以及與硬件功能相關(guān)而規(guī)模要小很多的部分,。(Android等平臺(tái)強(qiáng)化了這種不同,，應(yīng)用程序完全與硬件無關(guān))。然后，設(shè)計(jì)人員能夠在服務(wù)器自帶工具上開發(fā)硬件相關(guān)代碼,，使用服務(wù)器功能替代目標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口(API),。這種API替代本身就是一種系統(tǒng)建模。

 

圖1.系統(tǒng)模型中的抽象層

 

    但是,，隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)的集成度越來越高,，他們需要把詳細(xì)的硬件行為放到應(yīng)用層中，包括延時(shí)和能耗等,。這種發(fā)展趨勢導(dǎo)致一些經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員開始懷疑硬件無關(guān)軟件這種觀念,。Mike Dini是FPGA設(shè)計(jì)公司Dini集團(tuán)的創(chuàng)始人，在今年的設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì)(DAC)原型開發(fā)討論組中闡述了“軟件設(shè)計(jì)人員如果沒有實(shí)際硬件就無法取得真正進(jìn)步”這一令人注目的觀點(diǎn),。相似的,，Tensilica的資深產(chǎn)品專家Andrea Kroll在系統(tǒng)建模DAC討論組中發(fā)表了自己的看法，“在華為,，我們嘗試了軟件驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)開發(fā),。但是，軟件團(tuán)隊(duì)在沒有硬件時(shí),，并不知道怎樣開始工作,。”這些懷疑觀點(diǎn)導(dǎo)致設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)早期便構(gòu)建詳細(xì)的硬件模型，以便軟件團(tuán)隊(duì)能夠開始工作,。

 

系統(tǒng)研究

 

    由于系統(tǒng)越來越復(fù)雜,，規(guī)劃人員很難預(yù)測最終產(chǎn)品會(huì)怎樣工作。傳統(tǒng)的表格模型甚至最好的SoC數(shù)據(jù)表都不足以回答關(guān)鍵問題：數(shù)據(jù)包吞吐量實(shí)際是多少?應(yīng)用程序性能會(huì)滿足用戶的預(yù)期嗎?能接受電池壽命或者散熱嗎?有時(shí)候,，回答這類問題的唯一方法是開發(fā)非常詳細(xì)的系統(tǒng)模型,，利用模型來研究用戶案例和體系結(jié)構(gòu)替代方案。

 

    系統(tǒng)建模的第三種應(yīng)用是系統(tǒng)驗(yàn)證,，這種應(yīng)用可能看起來不太引人注意,。軟件的優(yōu)勢是明顯的。Xilinx研究實(shí)驗(yàn)室的Austin Lesea在DAC系統(tǒng)建模組中發(fā)表評論說：“您可以在C語言中進(jìn)行大量的軟件驗(yàn)證,。當(dāng)您需要周期精確標(biāo)準(zhǔn)時(shí),，問題就來了。”軟件驗(yàn)證需要精確的可執(zhí)行硬件模型,。

 

    但是,，需求已經(jīng)超出了軟件調(diào)試。Cadence資深設(shè)計(jì)師Stuart Swan在討論組對此發(fā)表不同看法：“我們需要改變我們的觀念,。我們應(yīng)該把更多的系統(tǒng)驗(yàn)證提高到更高的抽象級(jí),，重新使用更抽象的模型來生成底層模型。”這一方法要求在開發(fā)原型之前,，在各種抽象級(jí)上驗(yàn)證系統(tǒng)模型功能,，很多情況下,，甚至是某些IC涉及到的寄存器傳送級(jí)(RTL)。

 

    有些專家說,，早期驗(yàn)證不僅僅是盡早找到設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,，還有很重要的結(jié)果。測試臺(tái)是會(huì)話發(fā)起器和校驗(yàn)器,，進(jìn)行隨機(jī)測試,，可以重用驗(yàn)證事物級(jí)模型開發(fā)的基本工具，將其應(yīng)用于更詳細(xì)的模型上,，甚至是物理原型,。通過這種方式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不僅避免了在設(shè)計(jì)期間多次重新開發(fā)相同的測試臺(tái),，而且還可以在設(shè)計(jì)過程中盡早開始調(diào)試測試臺(tái),。此時(shí)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)驗(yàn)證,，測試臺(tái)應(yīng)該非常穩(wěn)定,。

但是，我并沒有進(jìn)行SoC開發(fā)

 

    您會(huì)說,，所有這一切聽起來很合理,。但是，如果我們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)購買了專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP),，而不是設(shè)計(jì)自己的SoC,，情況會(huì)怎樣?我們要使用模型，應(yīng)該怎么辦?這里有幾種回答,。

 

    對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),，最直觀的方法是編寫非常抽象的事物級(jí)模型，他們只需要在數(shù)據(jù)表級(jí)理解ASSP及其周圍的芯片,。在這一等級(jí)足以理解系統(tǒng)的工作,，并與系統(tǒng)進(jìn)行通信,，研究使用案例,。對于以后更復(fù)雜的建模工作，這可以用作工作臺(tái),。

 

    理想情況下,，如果可以使用ASSP，很明顯的下一步是硬件原型設(shè)計(jì),，采用芯片供應(yīng)商已經(jīng)設(shè)計(jì)好并調(diào)試過的開發(fā)套件來進(jìn)行開發(fā),。如果沒有開發(fā)套件，甚至連硅片也沒有,，或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)還沒準(zhǔn)備好支持部分原型,，那么,，還有別的選擇。

 

    正如ARM設(shè)計(jì)技術(shù)副總裁John Goodenough在建模討論組中所建議的,，一種選擇是,，在您的前一代SoC上使用開發(fā)套件，仔細(xì)的實(shí)現(xiàn)各種不同應(yīng)用,。取決于這些不同應(yīng)用的差異程度,，例如，從功能和用戶案例研究到性能建模,，甚至是某些驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)等,，可以一直使用這些原型。這有助于幾代ASSP共享存儲(chǔ)器和總線體系結(jié)構(gòu),，只需要進(jìn)行很小的改動(dòng),，就能夠加速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

 

虛擬原型

 

    那么,，如果既沒有您計(jì)劃使用的ASSP,，也沒有非常相近的器件，該怎么辦呢?當(dāng)您已經(jīng)快完成了硬件原型開發(fā),，但是需要提高對系統(tǒng)內(nèi)部的可視化程度,，您應(yīng)該怎么辦呢?芯片供應(yīng)商通過系統(tǒng)級(jí)虛擬原型來回答這些問題，如圖2所示,。

圖2.虛擬原型工具將不同級(jí)別的模型連接至統(tǒng)一的調(diào)試工作臺(tái)中

 

    理想情況下,，系統(tǒng)虛擬原型會(huì)是一組模型，在幾種抽象級(jí)上精確的表示系統(tǒng)(請參考工具條：每一目標(biāo)模型),。原型會(huì)提供已經(jīng)開發(fā)好的調(diào)試和軟件執(zhí)行接口,，提供很好的方法將組件加入到系統(tǒng)模型中。

 

    這一想法并非不切實(shí)際,。Frank Schirrmeister是Cadence系統(tǒng)開發(fā)產(chǎn)品市場資深總監(jiān),，他認(rèn)為，越來越多的IC供應(yīng)商構(gòu)建了復(fù)雜SoC的虛擬模型,，幫助客戶圍繞芯片模型開發(fā)全系統(tǒng)虛擬模型,。在某些情況下，這些模型實(shí)際上成為IC數(shù)據(jù)表,。Schirrmeister評論說,，我們將模型提供給客戶，這些模型通常包括事物級(jí)和加密RTL視圖,，硅片供應(yīng)商的現(xiàn)場應(yīng)用工程師還為客戶提供幫助,。芯片模型成為系統(tǒng)開發(fā)人員完整系統(tǒng)模型的一部分，也是硅片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的通信手段,。實(shí)際上,，當(dāng)FPGA供應(yīng)商Altera和Xilinx最近推出集成了CPU群的FPGA后,，他們出于這一目的，都為新芯片提供了虛擬模型,。

 

設(shè)計(jì)人員實(shí)際使用什么

 

     在DAC系統(tǒng)模型建模討論組中,，EDN的EDA編輯、主持人Brian Bailey詢問小組成員,，他們的系統(tǒng)建模實(shí)際是什么情況,。答案反映了不同設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的各種需求，以及他們的各種觀點(diǎn),。

 

     運(yùn)動(dòng)研究(RIM)公司的資深建模專家Frederic Risacher描述了大部分開發(fā)人員通常會(huì)面臨的環(huán)境,。我們不設(shè)計(jì)IC。Risacher解釋說：“我們購買硅片,，然后通過軟件來突出我們的產(chǎn)品優(yōu)勢,。”

 

     Risacher說，RIM不設(shè)計(jì)自己的硅片這一事實(shí)使得設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的建模策略比較復(fù)雜,，但是基本上不會(huì)改變,。工作不是從硬件建模開始，而是從軟件開始,。Risacher說：“至少在我們得到硅片之前的九個(gè)月,，甚至是在得到虛擬原型之前，我們就開始開發(fā)過程和線程模型,。然后,，盡快開發(fā)功能精確、周期近似的硬件模型,。”

 

      Risacher繼續(xù)解釋了RIM在這些模型上依靠其IC供應(yīng)商,。但是在這種關(guān)系上存在一個(gè)基本問題。芯片設(shè)計(jì)人員把他們的可綜合RTL代碼作為其IC的定義模型,。但是,，不能直接從RTL獲得RIM需要的更抽象的模型。Risacher解釋說：“因此,，所有的都來自規(guī)范,，而不是RTL。”

 

    RIM出于幾種不同的目的來使用這些模型,。在設(shè)計(jì)早期階段,，重點(diǎn)是理解軟件對硬件的要求,。Risacher提醒說：“硅片和用戶需求之間的不同要求對硬件進(jìn)行改動(dòng),。您會(huì)嘗試預(yù)測這些問題。”當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)整合到一起時(shí),，RIM團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)到更詳細(xì)的模型,，用于系統(tǒng)調(diào)整——例如,，設(shè)置緩沖深度，還用于研究新想法,。結(jié)果是功能強(qiáng)大的工具組,，但是，存在管理難題,。Risacher說：“我們在三種不同的領(lǐng)域中有四種不同的模型,。這些模型的每一個(gè)都可以分別進(jìn)行提取、驗(yàn)證和維持,。

 

     Qualcomm的首席工程師Richard Higgins從硅片供應(yīng)商的角度講述了一個(gè)相似的案例,。Higgins說；“我們使用系統(tǒng)模型來預(yù)測硬件的行為,，盡早開始軟件開發(fā),。”問題是，要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)需要很多不同抽象級(jí),。Higgins解釋說：“我們使用完整的系列模型,，包括，結(jié)構(gòu),、功能,、行為和接口級(jí)抽象。此外,，我們會(huì)有一些可執(zhí)行SysML,，還涉及到一些可綜合SystemC。”

 

     和RIM相似,，Qualcomm面臨保持模型連續(xù)性這一難題,，與硅片團(tuán)隊(duì)在RTL上有相同的看法。Higgins建議說,，這方面最重要的最佳實(shí)踐是,，為所有不同的模型維持一個(gè)公共驗(yàn)證途徑。但這很難,。他說：“目前,，還沒有真正的體系結(jié)構(gòu)和軟件模型公共驗(yàn)證途徑。”

 

    Tensilica的Kroll說,，甚至IP開發(fā)人員也面臨相似的問題,。她說：“在開發(fā)IP子系統(tǒng)時(shí)，對于多核設(shè)計(jì),，我們在早期軟件開發(fā),、互聯(lián)分析和性能驗(yàn)證中使用系統(tǒng)模型。”這一工作需要從指令集仿真器到數(shù)據(jù)流發(fā)生器的所有一切,，以便采用注釋時(shí)序?qū)τ布K進(jìn)行建模,。Kroll建議說：“您應(yīng)該知道使用模型的目的,，確定各種抽象級(jí)的組合，以及您所需要的精度,。”

總結(jié)

 

    幾個(gè)不同設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)表明,，即使是使用商用ASSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)級(jí)建模都有很大的優(yōu)勢,。使用模型,，軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)在能夠使用硬件原型之前，盡早開始工作,。這樣,，系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)盡早查看系統(tǒng)行為、性能,，以及能耗等,，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。使用系統(tǒng)模型,，初步規(guī)劃怎樣構(gòu)建系統(tǒng)測試臺(tái),，可以盡早開始系統(tǒng)驗(yàn)證。

 

    “但玫瑰都有刺”,。一些不知名的系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)很難甚至不可能從ASSP供應(yīng)商那里得到模型和支持,。這些團(tuán)隊(duì)可能不得不從數(shù)據(jù)表描述中獲得他們自己的IC模型。系統(tǒng)模型需要進(jìn)行驗(yàn)證,，正如系統(tǒng)本身自己那樣,。所有不同的系統(tǒng)模型應(yīng)保持一致性，這非常重要,。但這是很大的挑戰(zhàn),，因?yàn)椋煌哪Ｐ鸵话阌刹煌墓こ處熓謩?dòng)得到,，有時(shí)候還有不同的來源,。不同的模型還存在于不同的工具環(huán)境中，一般不具有互操作性,，可以由不同的團(tuán)隊(duì)使用,。考慮到這些問題,，建模工作不應(yīng)受限于資源,，本身也不應(yīng)成為完整的設(shè)計(jì)工程，這一點(diǎn)非常重要,。

 

    既能夠發(fā)揮優(yōu)點(diǎn),，又解決了難點(diǎn)問題，全面的系統(tǒng)建模計(jì)劃并不是每一設(shè)計(jì)的最佳解決方案。但是,，由于系統(tǒng)越來越復(fù)雜,，更多的設(shè)計(jì)都會(huì)需要模型,。盡早熟悉該技術(shù)是很明智的,，而不應(yīng)該等到您確定“我們應(yīng)該對此進(jìn)行建模”時(shí)才想起這一技術(shù)。