基于SYSTEM C的FPGA设计方法

文章摘要：4．System C设计的可执行规范所使用的TESTBENCH文件可以通过小范围的修改或直接用在实现后的系统仿真。这就为设计实现人员带来很大的好处，他们不必花很多的时间去编写用来验证实现后系统正确性的TESTBENCH文件。而现在采用的设计方法所使用的TESTBENCH文件却没有提供这样的便利条件。这是应为软件设计人员和硬件设计人员两者的设计思想和设计手段都是不同的，一个软件设计人员所使用的TESTBENCH文件并不能被硬件设计人员使用，甚至不能给硬件设计人员任何帮助。 三、SYSTEM C设计与传统设计比较 现在的系统设计一般是由系统工程师用C语言或C++语言设计出一个系统模型，并在系统级层

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4．System C设计的可执行规范所使用的TESTBENCH文件可以通过小范围的修改或直接用在实现后的系统仿真。这就为设计实现人员带来很大的好处，他们不必花很多的时间去编写用来验证实现后系统正确性的TESTBENCH文件。而现在采用的设计方法所使用的TESTBENCH文件却没有提供这样的便利条件。这是应为软件设计人员和硬件设计人员两者的设计思想和设计手段都是不同的，一个软件设计人员所使用的TESTBENCH文件并不能被硬件设计人员使用，甚至不能给硬件设计人员任何帮助。

三、SYSTEM C设计与传统设计比较

现在的系统设计一般是由系统工程师用C语言或C++语言设计出一个系统模型，并在系统级层次上检验概念和算法。当这些概念和算法被检验为正确无误时，C/C++模块被分解为功能相对独立的子模块。这些相对对立的子模块由硬件设计人员手工地转化为VHDL或Verilog语言用以硬件实现。这一个设计流程被显示在图1中。

图1

从图1所示的设计流程中我们可以发现以下几个问题：

1．人工将C\C++程序转换为HDL程序容易产生错误。在现在的这种设计方法中，系统工程师先按期望的设计要求设计出一个C模块，并验证这个模块使其达到期望的设计要求。然后系统工程师所设计的C模块被硬件设计人员手工转换为HDL模块。这个转换过程不仅容易产生错误，而且还很浪费时间。这是因为C\C++语言和HDL语言有着显著的区别。首先，HDL的处理方式比C\C++的复杂。C\C++程序采用顺序执行的处理方式，而HDL程序中既有顺序执行也有并行执行的处理方式。要将C\C++程序转化为HDL程序必然要引入一些控制信号，由这些信号控制HDL程序的运行，但这样也容易产生错误。其次，C\C++语言不涉及到时序关系。由于C\C++语言不支持对时序的描述，系统工程师设计的系统模型只是验证了概念和算法，而只能对时间耗费上有一个大概的估计。这就使得硬件实现时，为满足系统在时间上的要求，硬件设计人员必须对软件算法进行一定的改造或优化。而这些改造或优化也有可能引入各种错误。

2．系统模块和HDL模块间缺乏联系。当系统模块被转换为HDL模块后，HDL模块成为整个系统设计的焦点。为适应硬件实现的特点，硬件设计人员会更改系统设计人员的设计，但这种更改只是在HDL模块中进行，而系统设计人员设计的C模块并没有因此更改。这就使得系统工程师设计的C模块和当前硬件设计人员设计的HDL模块缺乏必要的联系。当硬件设计人员遇到概念模糊或理解错误的地方时，往往不能马上从C模块中得到明确的解答。此时，C模块的设计人员也不一定能为HDL设计人员提供有效的帮助。

3．多系统测试。不但C模块要转换为HDL模块，对C模块的测试也要人工转换为在HDL环境下的测试。这种转换也很复杂，而且浪费时间。HDL设计人员是根据他所设计的HDL模块和系统要求来设计TESTBENCH，这使得硬件设计人员不可能利用软件设计人员所使用的测试文件。同时，HDL人员要设计出一个好的TESTBENCH也需要比较长的时间。
为解决在现在设计流程中所带来的种种弊端，一种全新的设计流程被提出，这就是System C设计流程。它能很好的解决上面所提到的各种设计弊端，大大提高设计效率。图2是System C的硬件设计流程。

图2

这种设计方法与现在常用的设计方法相比有很多优点：

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