用C语言建模辅助软硬件协同设计_图文

1、 用C语言建模辅助软硬件协同设计作者:杨宏璋, 王嘉作者单位:上海交通大学电子工程系,上海,200030刊名:信息技术英文刊名:INFORMATION TECHNOLOGY年,卷(期:2010,34(8被引用次数:0次参考文献(5条1.王少平,王京谦,钱玮.嵌入式系统的软硬件协同设计J.现代电子技术,2005,28(2:83-84.2.Jon Connell.ARM System-Level ModelingEB/OL.3.3.Frank Ghenassia.Transaction Level Modeling with SystemC:TLM Concepts and Application

2、s for Embedded SystemsM.Springer,2005.4.Seth Bernsen.Combating Design Complexity with Electronic System Level (ESL MethodologyJ.Design Strategies and Methodologies Information Quarterly,2005,4(2:36-40.5.ISO/IEC 13818-2,Information technology -Generic coding of moving pictures and associated audio in

3、formation:VideoS.相似文献(10条1.期刊论文赵建洲.朱明.边计年.薛宏熙SOC系统中C到VHDL的转换-计算机工程与应用2002,38(16近年来,SOC设计方法学的研究越来越引起人们的注意.C语言适合对系统进行高层次的描述.C语言的系统描述经过软硬件划分之后,要求将硬件实现部分转换为适合于综合的VHDL语言.文章通过分析两种语言的区别,提出并实现了适于表达C语言描述内容的VHDL结构形式,并对几种C语言结构提出合理的转换方案.实验表明,文章提出的方案是正确的和有效的.2.学位论文赵学鸣基于SoPC系统的C+类模块硬件实现2007SOPC(System On Programm

4、able Chip技术是现代计算机辅助设计技术、电子设计自动化EDA(Electronics Design Automation技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。SOPC技术的目标是将复杂的电子系统在一块FPGA(Field Prog:rammable Gate Array中实现,使得所设计的电路在规模、可靠性、体积、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护和硬件升级等综合最优化。SOPC技术要求的是一种软硬件综合解决方案,因为它同时涉及到底层的硬件系统设计和软件设计。开发者在软硬件系统的综合与构建方面可以充分发挥创造性和想象力,使用其可编程特性与IP核相结合,可以快速、低廉地开发出

5、不同的协处理器,从而真正实现硬件编程、升级和重构。传统的软硬件协同设计中,软件和硬件的开发流程基本上是相对独立的,不能互相共享,也很难做到软硬件灵活切换。解决这个问题,有两条探索的方向。一种是以System C为代表的,使用扩展的C+来支持硬件描述,另一种是实现一种方法完成从C到硬件描述语言的转换,从而可以统一软硬件开发流程。C+类模块硬件化设计方法,继承了从C到硬件描述语言的研究成果,并利用C+面向对象的特点,发展出一种把软件C+类模块转换成硬件模块的方法。C+类模块硬件化设计方法和核心,是提出了一种架构。通过这个架构,C+类被分解成可以为现有的C到HDL转换软件能处理的形式,于是一个软件的

6、C+类可以根据软硬件划分的结果,或者编译成在FPGA软处理器上运行的软件,或者综合成FPGA中的硬件协处理器。通过这个架构,被综合成的硬件协处理器的C+类模块可以被运行于嵌入式系统软核中的软件透明的调用,而无需关注软硬件接口的细节。本文共分为七章,第一章是对SOPC技术和软硬件协同设计做一个简单介绍,从软件开发者和硬件开发者不同的角度出发,对系统总体优化,包括性能和设计时间等因素进行讨论,提出将软件C+类模块硬件化的需求。第二章介绍了目前软硬件协同设计的建模工具和软件平台。第三章介绍Altera的一个SOPC解决方案,并对其的一个开发环境DE2实验板做了初步介绍。第四章,在DE2的实验板的环境

7、下,对C+类模块硬件化的方法建立一个抽象模型。第五章,则根据前一章的模型,阐述具体的C+类模块硬件化方法在DE2实验板上的实现。第六章中,以一个音频处理系统为示例,来展示软件C+类模块硬件化的具体操作过程。第七章中,则对该系统进行一个总结,并就未来发展做一个展望,并提出进一步的研究方向。3.会议论文赵建洲.朱明.边计年.薛宏熙3SOC系统中C到VHDL的转换2002近年来,SOC设计方法学的研究越来越引起人们的注意.C语言适合对系统进行高层次的描述.C语言的系统描述经过软硬件划分之后,要求将硬件实现部分转换为适合于综合的VHDL语言.本文通过分析两种语言的区别,提出并实现了适于表达C语言描述内

8、容的VHDL结构形式,并对几种C语言结构提出合理的转换方案.实验表明,本文提出的方案是正确的和有效的.4.学位论文孙柯柯SystemC在AES算法IP核设计中的应用2006本文是采用基于系统级描述语言SystemC设计流程的设计方法,对AES加密算法IP核设计的尝试。研究在集成电路设计中,尤其是在中小型IP核设计领域,引入SystemC的设计方法与用C语言进行系统描述的传统设计方法的差别以及可能遇到的问题,探索SystemC在SoC时代在设计中带来的新的理念和变化。这里仅限于对系统设计部分以及系统设计向RTL设计的转换,并不涉及SystemC的RTL设计,验证以及软硬件协同设计方面的研究。在设

9、计过程中,采用正向设计方法,进行系统整体结构以及各个分模块设计,系统级采用SystemC与C语言,RTL级采用VerilogHDL。最后的工作完成了AES算法IP核的前端设计,实现了3种不同长度密钥的加解密功能。主要使用了Altera公司的Quartus5.0集成开发工具和在Stratix的FPGA平台进行了FPGA综合,布局布线和时序仿真,达到了预期的效果。在今后的工作中,希望能够在此基础上形成一套适合于实际情况使用的利用SystemC这个新的系统级描述语言在IP核设计过程中进行系统设计以及向RTL设计转换的方法,有效的缩短设计周期,提高开发效率。5.学位论文刘滔支持软硬件协同设计的过程级统

10、一编程模型关键技术研究2009可重构片上系统将可编程逻辑器件、微处理器核及其他电路模块共同集成到单个芯片中,是一种兼具定制硬件的高性能和软件编程的灵活性的新型计算平台。在高运算需求的应用中,这一特性可较大幅度提升系统效能。但目前仍有两方面困难阻碍这类系统的广泛应用,它们是:1.编程困难传统的软件编程语言只能利用设计空间的时间维度,传统的硬件语言只能利用设计空间的空间维度。由于可重构片上系统能够同时在时间和空间维度编程，要实现对可重构计算系统资源的有效利用，需要应用程序员能够同时使用软硬件编程语言进行设计，并考虑动态重构以及软硬件通 信的细节。 2设计困难按照传统协同设计方法学“先划分再实现”的

11、步骤进行可重构片上系统的设计，必须考虑对硬件任务进行调度，才可能高效利用系统上 的动态可重构资源；由于软硬件划分非常复杂，本身已是NP难问题，进行可重构片上系统设计要求设计人员具备丰富的经验和很高的专业素质。 本文针对当前可重构片上系统对程序员编程不透明，且动态可重构资源难以有效利用这两个问题，提出并实现了一种支持软硬件协同设计的过程级 统一编程模型。主要工作如下： 1完成了过程级统一编程模型的总体设计。确立了一个以软硬件协同函数库为基础的从系统功能描述到实现的动态软硬件划分流程，构建了支持应 用程序开发和划分算法设计的软硬件协同设计集成开发环境。 2完成了软硬件协同函数库的设计和实例开发。该

12、库被设计成“一个C语言接口对应软硬件两种实现”的方式，在为程序员系统描述提供统一易用 的函数调用接口的同时为软硬件划分算法提供划分的对象。 3完成了动态链接控制的设计与实现。通过修改动态链接器，使其在程序运行时实时记录协同函数的调用、执行情况，并调用软硬件划分算法，根 据划分的结果切换函数的软硬件执行方式。 实例设计和实验结果表明，本模型能够方便程序员编写程序，程序在划分算法合理划分的支持下能够有效利用动态可重构资源并得到加速。 6.期刊论文 李超.方潜生 C到VHDL的编译器设计与实现 -福建电脑2004,""(12 近年来,微电子技术和超大规模集成电路技术发展迅速,电子

13、系统设计的系统复杂度和异构度都不断加大,软件在系统设计中所占比例也越来越大.C语 言适合对系统进行高层次的描述,VHDL语言适合抽象的硬件描述.C语言的系统描述经过软硬件划分之后,必须将硬件实现部分转换为适合于综合的VHDL语 言.本文通过比较两种语言的差别,提出并实现适合表达C语言描述内容的VHDL结构形式.实验表明,本文提出的方案是正确和有效的,并能降低系统设计的 复杂度和异构度. 7.学位论文 邹春杰 基于软硬件协同设计平台ECNUX的并行FFT设计 2005 本文首先对傅立叶变换的性质做了详细介绍，其中包括离散傅里叶变换，快速傅立叶变换(FFT以及基-2按时间抽取(DIT的FFT算法；

14、然后简单介绍 了嵌入式软硬件协同设计平台ECNUX和实现语言ECNU-C，主要介绍了ECNU-C语言的特点和我们需要用到的一些语法；接着在第四章详细分析了定点FFT的 溢出情况，并给出了控制FFT定点溢出的两种方式，同时给出了并行FFT的实现方案，包括蝶形运算器的并行以及蝶形运算器之间的并行；最后在VC6.0平 台上模拟了前面介绍的两种并行定点FFT算法，并通过对结果的分析来比较它们的时间性能和精度，其中第一种方法在精度上有明显优势，而第二种方法 在时间性能上有明显优势。 8.期刊论文 赵康.边计年.吴强.薛宏熙.ZHAO Kang.Bian Ji-nian.WU Qiang.XUE Hong

15、-xi C语言系统描述的HCDFGII实现 -计算机工程与科学2005,27(4 C语言是系统设计中一种主要的系统描述语言,在系统级软硬件协同验证及随后的软硬件划分、接口综合和行为综合等中都需要把C语言的系统描述转 化为控制数据流图.本文介绍了一种层次化控制数据流图HCDFG-II模型,以及从C语言生成该模型的方法.HCDFG-II的层次化模型分为函数/进程级、语句级 和操作级,根据需要可以生成不同级别的模型.本文讨论了C语言中各种控制结构及数组、指针、联合和结构等复杂数据类型生成HCDFG-II的方法. 9.学位论文 殷开爽 JPEG压缩的SOPC实现 2006 SOPC是基于大规模FPGA

16、的单片系统。SOPC综合了SOC、PLD和FPGA的优点，集成了硬核或软核CPU、存储器、I/O以及可编程逻辑。SOPC系统开发过程 是一个软硬件协同设计的过程。软硬件协同设计协调软硬件开发过程的并行开展，一方面可以缩短设计周期，提高设计效率，另一方面可以根据系统各 功能模块的特点和设计约束，选择合适的软件或硬件实现方式。 本文对SOPC的发展现状和相关技术进行了研究，以Altera的SOPC实现平台为背景，结合JPEG静态图像压缩这一典型的计算密集型应用，提出了 SOPC软硬件协同设计的设计流程，包括：系统需求分析、软硬件划分、用户自定义逻辑、硬件加速模块挂接等。以C语言为系统描述工具，运用

17、通用的性 能分析工具对系统模型做定量分析，从而得出软硬件划分的重点目标模块。再综合考虑设计约束、功能固化的技术复杂性和开发周期，确定系统的软硬 件划分。 着重分析了色度空间转换、离散余弦变换、量化等计算密集型变换的用户自定义逻辑实现和基于Nios 的SOPC系统下硬件加速模块挂接这两个方面 的内容。此外，设计了Avalon流模式的LCD控制器，从而构成完整的基于SOPC的JPEG压缩系统。 10.学位论文 朱先竹 DSP指令集模拟器的设计与实现 2007 指令集模拟器(Instruetion Set Simulator是用来在一种体系结构的计算机上执行另一种体系结构计算机软件的程序。它用软件模

18、拟目标机指令集 体系结构的所有指令执行的功能，从而达到和在目标机上执行同样的功能和结果。本文介绍了用指令集模拟器来模拟未来DSP内部的功能和DSP的指令以 检测设计方案是否正确的技术。该技术通过用C+语言对指令集架构(ISA，Instruction set architecture建模完成指令集模拟器的设计，并经过工程 化的测试证明了其正确性。 指令集模拟器是开发可编程结构所必不可少的工具，特别是在SoC结构设计空间探索，早期系统设计验证和SoC软硬件协同设计等方面起着非常重要 的作用。随着IC设计自动化程度的提高和芯片集成度的上升，验证工作的复杂度和工作量呈指数趋势上升。系统实现部分的RTL代码每多一倍，验证的工 作量往往要增加到四倍甚至更大。传统验证方法的很多劣势在当前大规模的DSP处理器的验证中凸现出来，如何提高验证效率和节省验证代价成为一个新 的挑战。本文为此提出一种验证方法，用C+语言建立的ISA模型搭建验证平台对每个模块进行独