利用基于SystemC/TLM的方法学进行IP开发和FPGA建模

文章摘要：图2：从SystemC MAC HW向VHDL RTL MAC HW适配器的转换。由于在当前仿真环境中发现瓶颈，我们对基于硬件模拟XTREME服务器的平台进行*估，该平台基本提供了硬件所需的FPGA块，并提供了软件与整个环境的无缝集成。基于XTREME服务器中早期平台的移植只需要很少工作量，并且相对于基于ncsim的仿真环境，实现了5倍的仿真速度。很显然，这使得我们能够调试并执行VHDL RTL设计的验证，否则将会浪费过多时间。同时，基于Xtreme服务器的平台还提供了同等调试能力。硬件/软件划分系统中软硬件划分决策是最为重要的一个方面。之所以硬件/软件划分变得如此关键，是因为如下一些因素，如

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　　图2：从SystemC MAC HW向VHDL RTL MAC HW适配器的转换。

　　由于在当前仿真环境中发现瓶颈，我们对基于硬件模拟XTREME服务器的平台进行*估，该平台基本提供了硬件所需的FPGA块，并提供了软件与整个环境的无缝集成。基于XTREME服务器中早期平台的移植只需要很少工作量，并且相对于基于ncsim的仿真环境，实现了5倍的仿真速度。很显然，这使得我们能够调试并执行VHDL RTL设计的验证，否则将会浪费过多时间。同时，基于Xtreme服务器的平台还提供了同等调试能力。

　　硬件/软件划分

　　系统中软硬件划分决策是最为重要的一个方面。之所以硬件/软件划分变得如此关键，是因为如下一些因素，如系统的实时处理需求，应用软件的存储限制以及其他因素。许多时候，设计开发阶段一些决策依赖于直觉判断或者先前的经验。但当某些事情发生错误时这将蕴含一个风险。随着系统复杂度以及流片成本的增加，这种决策方法可能会铸成大错。强调需要一种有助于实现更好软硬件划分决策的方法学具有许多原因。

　　在UWB MAC系统开发范例中，具有很多必须很好遵守的时间约束，这是因为应用层完全依赖于空中——即来自射频天线的全局广播定时。实现决策的方案建立在我们从具体的系统级平台的执行中所获取的经验。我们能够分析流水线数据通道中的数据流，能够有效地发现它们是否将对系统构成任何瓶颈。通常，当系统中的数据流发送时，数据帧必须从MAC发送到PHY，而对于接收，所产生的数据帧则从PHY到MAC，并存入到存储器中由软件进行进一步的分析。在仿真场景分析过程中，能够识别出是否需要在硬件中进行一些协议解析以采取及时的措施。

　　图3：系统中着重硬件支持需求的应用场景。

　　图3中详细给出了一个决策范例。根据协议的需求，接收数据中有一个控制包，它通知下次发送事件的通用定时，即何时发送下一个数据包。考虑到MAC硬件是一个典型的数据通道，并将控制帧传送到存储器中，软件对控制帧进行处理并决定打开发送窗口。在发送窗口打开出现问题时，用这种方案就能发现瓶颈。系统平台结果被用来确认这一理解，于是能够做出更好决策来实现效率更高的系统。图3中的另一个场景显示了软硬件划分后的结果。

　　第一个范例中，当软件处理控制帧时，全局定时如下：

　　窗口编程时间=T+t RP +tPM+tintr+tsw_lat>T+texp，故在系统中，SW没有对及时打开发送窗口的指令进行编程。

　　在第二个范例中，当MAC HW处理控制帧时，全局定时为：

　　窗口编程时间=T+tprg_winexp，故系统中，HW对及时打开发送窗口的指令进行编程。

　　与此同时，现有的SPEAr板起到了很大的帮助作用，因为在板上测出了AES-CCM引擎的性能。因此能够推断出硬件中存在AES-CCM，因为AES-CCM软件算法给不出所需要的性能。

　　挑战

　　被测设计(DUT)或被测单元(UUT)的测试对任何设计方法学来说都是最关注的一个方面。在开发的初始阶段，即架构*估阶段，必须需要一个高性能的性能仿真环境。具有行为功能TLM平台能够满足这一需求，并对将要执行的功能进行功能检查。当进入到低级抽象设计阶段时，仿真性能大大降低，这成为有效验证IP的一个问题。

　　软硬件的系统级仿真与软硬件的协同仿真一块进行。ST有自己的平台，这是一个包含硬件(RTL)的混合平台，软件利用SystemC书写(见图2)。该平台的瓶颈是环境中所引入IP的RTL，而且注意到这将大大地降低性能。正如预期，这是所遇到的约束，而且对是否能够比主仿真运行更快的可能性进行了*估。该方案基于Xtreme服务器硬件仿真，使得运行速度至少要比NCSIM仿真快10倍。

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