SystemC 中的系统级建模

文摘 2024-11-05 07:02 上海

过去，硬件设计界标准化了两种语言：VHDL 和 Verilog。最近十多年来，人们对可用于更高抽象级别的描述的互补语言的兴趣日益浓厚。这种努力背后的驱动力是设计复杂性的同步增加，数百万门设计，以及在首次设计成功的情况下更快地完成设计的压力增加。在这些高级语言中，SystemC、System-Verilog 和 SpecC 最为广泛。这些语言将众所周知的语法与强大的结构融合在一起，支持复杂系统的建模和仿真；特别是 SystemC 越来越受欢迎。

SystemC 是一组 C++ 类和宏，它们在 C++ 中提供事件驱动的仿真内核，以及信号、事件和同步原语，刻意模仿硬件描述语言 VHDL 和 Verilog。虽然此类语言通常用于寄存器传输级描述，但 SystemC 通常应用于系统级建模、架构探索、软件开发、功能验证和高级综合。SystemC 通常与电子系统级 (ESL) 设计和事务级建模 (TLM) 相关。

硬件描述语言和抽象级别

SystemC 让工程师可以同时设计硬件和软件组件，就像这些组件存在于最终系统上一样，但抽象程度更高，从而真正提高了工作效率。这意味着可以更多地关注系统的实际功能，而不是其实现细节。此外，由于详细实现尚未最终确定，因此仍然可以对设计进行一致的更改，从而能够有效地评估不同的架构替代方案（包括硬件和软件之间的功能划分）。SystemC 还具有高执行速度的特点；请注意，这种高速度不仅是由于 SystemC 仿真引擎本身，而且还由于通常用于基于 SystemC 的系统描述的高抽象级别。

事务级建模 (TLM)

使用系统级建模语言（例如 SystemC）不足以构建有效的可模拟模型：还需要定义各种模型之间的建模风格和互操作性规则。此外，很难确定要抽象哪些特征（以及抽象到何种程度），也很难确定如何使用剩余的特征来创建可执行模型，以便对目标系统进行有意义、高效和准确的分析。事务级建模 (TLM) 是由加州大学欧文分校首次提出的一种想法，现在已被广泛接受为一种有效的通信抽象建模技术，根据最近的研究，它还可用于计算。事实上，我们将事务级建模 (TLM) 定义为一种建模风格，其中至少有一种（在通信和计算之间）引入了近似的时间概念。

TLM 的基本概念是仅对所需的细节级别进行建模；通过消除不必要的细节，设计团队可以大大提高模拟速度。在这个级别，对设计的更改也相对容易且具有成本效益，因为开发团队尚未深入研究底层细节，例如并行总线实现与串行总线。事务级模型不仅对嵌入式软件开发有用，而且对与性能评估相关的其他活动也很有用。

2008 年，OSCI 委员会提出了一个由一组 SystemC 原语组成的 TLM 库，允许设计人员实现具有不同准确度的多个事务级通信协议。

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