基于動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的系統(tǒng)描述、驗(yàn)證和綜合.pdf

1、隨著集成電路工藝的高速發(fā)展,單塊集成電路上的晶體管數(shù)目越來(lái)越多,更多地以復(fù)雜的片上系統(tǒng)(SoC)形式出現(xiàn)。集成電路設(shè)計(jì)也從原來(lái)的寄存器傳輸級(jí)(RTL)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(jí)(ESL),由此系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言也適時(shí)而生。這是一種有能力在多個(gè)設(shè)計(jì)抽象級(jí)上描述電子系統(tǒng)的語(yǔ)言,從它的形成來(lái)看,它們來(lái)自于①對(duì)經(jīng)典的硬件描述語(yǔ)言的擴(kuò)展,②對(duì)通用串行語(yǔ)言的擴(kuò)展,④一種完全全新的設(shè)計(jì)。它們的出現(xiàn)和發(fā)展極大提高了設(shè)計(jì)人員的生產(chǎn)力。在這三種分類(lèi)中,其中來(lái)自對(duì)通用串行語(yǔ)言C

2、/C++擴(kuò)展的SystemC廣受關(guān)注,已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。
　　 由于面向硬件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級(jí)語(yǔ)言和通用語(yǔ)言為基礎(chǔ)軟件技術(shù)的獨(dú)立發(fā)展,使得它們無(wú)法吸收軟件技術(shù)發(fā)展的最新成果,這在一定程度上限制了設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)效率。其中近年來(lái)逐漸發(fā)展并流行的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言(如Python)已經(jīng)被廣泛地使用在各種大型項(xiàng)目中,并且取得了驕人的戰(zhàn)績(jī)。軟件巨頭微軟公司也在他們的軟件升級(jí)中加入各種動(dòng)念性能的支持,如C＃的新版本和Iron Python的建立。使用這

3、些新興的軟件技術(shù)極大地縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期,然而如何把這些優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)是一個(gè)極富挑戰(zhàn)性的課題。源于此,本文以流行的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言Python為基礎(chǔ),在這方面做有益的探索和嘗試。主要的工作如下:
　　 (1)提出新式的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定義和由此而生的新流程。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述定義為可動(dòng)態(tài)修改的狀態(tài)描述集合。它是貫穿本文的核心概念,系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的三階段(描述、驗(yàn)證和綜合)都建立在此基礎(chǔ)之上。它區(qū)別于傳統(tǒng)的建立在各種設(shè)計(jì)文件為基礎(chǔ)的靜態(tài)系統(tǒng)

4、描述概念。
　　 利用流行的Python動(dòng)態(tài)語(yǔ)言,我們?cè)O(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言PDSL(Pythonbased Dynamic System Language),用戶(hù)可以通過(guò)它完成基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述的整個(gè)流程。
　　 (2)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)PDSL中的的動(dòng)態(tài)描述方式和對(duì)應(yīng)的描述要素。用戶(hù)可利用PDSL中各種描述要素(如模塊,數(shù)據(jù),過(guò)程等)構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),并且提供各種機(jī)制能夠以程序方式動(dòng)態(tài)添加、刪除和修改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為。

5、>　　 (3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了PDSL中動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的驗(yàn)證。這一部分首先定義了仿真時(shí)間的概念,并基于此設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)離散事件驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)仿真內(nèi)核。另外,這一部分還定義了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)驗(yàn)證中的持久化管理,包括序列化和反序列化。
　　 (4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了PDSL中動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的綜合。綜合是把動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的即時(shí)映像轉(zhuǎn)變成可以被業(yè)界接受的硬件描述語(yǔ)言描述。這其中包含數(shù)據(jù)的匹配,子模塊的識(shí)別和轉(zhuǎn)化,以及過(guò)程中Python字節(jié)碼的復(fù)雜分析和轉(zhuǎn)換。
　　

6、 (5)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于自然建模的高級(jí)綜合系統(tǒng)Trilobite。自然建模指的是一種貼近設(shè)計(jì)者認(rèn)知理解結(jié)構(gòu)的建模方式,它的理念是把大量的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移并隱藏于系統(tǒng)工具庫(kù)內(nèi)部?；谶@個(gè)理念,我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)使用PDSL的高級(jí)綜合系統(tǒng)。它創(chuàng)建了一個(gè)框架,能夠按需要擴(kuò)展各種細(xì)化、翻譯和優(yōu)化步驟把用戶(hù)的高級(jí)描述轉(zhuǎn)化到最終的硬件描述。
　　 總的來(lái)說(shuō),這里包含兩個(gè)項(xiàng)目:PDSL(包含工作點(diǎn)1-4)和在此基礎(chǔ)上的Trilobite(包含工作

7、點(diǎn)5),前者面向貼近硬件的低級(jí)設(shè)計(jì),后者針對(duì)高級(jí)建模的描述和綜合。最后論文闡述了使用動(dòng)態(tài)語(yǔ)言Python、Trilobite和PDSL完成的溫度補(bǔ)償時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和生成的整個(gè)過(guò)程。除了這個(gè)非處理器的實(shí)例,論文闡述了簡(jiǎn)單CPU的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和生成以及JAVA處理器的部分設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　 使用Python、Trilobite和PDSL的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)催生了若干系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn),能極大地提高開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)效率,適應(yīng)于更高級(jí)別的電子