基于AMBA架構的SoC系統(tǒng)事務級建模介紹

1.引言

　　隨著集成電路制造技術的發(fā)展，VLSI 已經(jīng)進入了SoC(System-on-Chip )片上系統(tǒng)時代。對于復雜的片上系統(tǒng)而言，系統(tǒng)驗證占整個設計時間的60%-70%，其中涉及到軟件與硬件的協(xié)同工作等等。傳統(tǒng)的系統(tǒng)驗證在RTL 級進行，RTL 提供更精確接近實現(xiàn)的同時，也加長了驗證時間以及此時發(fā)現(xiàn)問題再修改帶來的成本增加，所以非常有必要地在盡可能早地進行有效的系統(tǒng)驗證。

　　SystemC 作為一種系統(tǒng)描述語言應運而生，它支持從系統(tǒng)級到門級的描述，解決了傳統(tǒng)片上系統(tǒng)設計方法中不同級別使用不同描述語言帶來的過渡問題，而其事務級(TransacTIon-Level，TL)建模仿真方法可以在早期有效地進行系統(tǒng)驗證，同時速度較RTL 級仿真更快。

　　目前，事務級建模得到廣泛的使用和認同，Synopsys 公司現(xiàn)已提供關于AMBA 架構的事務級模型，以供進行由AMBA 架構組成的SoC 系統(tǒng)的事務級建模仿真所用。

　　2.SystemC 事務級建模

　　SystemC 由C++衍生而來，在C++基礎上添加硬件擴展庫和仿真庫構成，從而使SystemC 可以建模不同抽象級別的包括軟件和硬件的復雜電子系統(tǒng)，既可以描述純功能模型和系統(tǒng)體系結構，也可以描述軟硬件的具體實現(xiàn)。

　　在使用SystemC 進行高層次建模時，引出一個新的概念——TLM(Transaction-Level Model )事務級模型，該建模方法創(chuàng)建一可執(zhí)行平臺模型，對系統(tǒng)進行仿真，但其不僅僅是功能級描述，仿真也具有一定時序。

　　事務級模型建模因不考慮很多底層細節(jié)，所以進行建模時間短，并且可以將重點放在如何通信，而不是通信在更底層如何實現(xiàn);事務級建?？梢允褂檬录?qū)動，由一事件可以驅(qū)動一系列行為，因此建?？梢栽谠缙谶M行。所以，SystemC 事務級模型具有建模效率高和仿真速度快的優(yōu)點。另外，SystemC 事務級建模作為高層次建模方法，還具有如下特點：

　　–模型之間依靠時鐘和(動態(tài))事件同步;

　　–模型內(nèi)部是周期精確的;

　　–模塊pin 沒有明確進行建模實現(xiàn)，但可通過適配器外部實現(xiàn);

　　–模塊之間通過端口(port)和層次化通道(hierarchy channel )進行通信。

　　上述特點描述中，端口(port)和層次化通道(hierarchy channel )概念為SystemC 事務級建模引入的新概念：

　　. 接口(inteRFace)：定義一組方法來實現(xiàn)設計目標，但不實現(xiàn)這些方法;

　　. 通道(channel)： 實現(xiàn)接口定義的方法;根據(jù)通道內(nèi)部所實現(xiàn)方法的情況，又分為基本 通道和層次化通道;基本通道中沒有可見的結構，不包括進程，也不能直接訪問其他的基本通道;層次化通道則包括模塊、進程等，可以直接訪問其他的通道;

　　. 端口(port)：總是與一定的接口類型相關聯(lián)，端口也只能連接到實現(xiàn)了該類接口的通道上，通過端口模塊和進程來訪問通道內(nèi)定義的接口方法; 通過接口又引出接口方法調(diào)用(interface-method-call，IMC) 的概念，是指一個進程通過端口調(diào)用通道內(nèi)實現(xiàn)的接口方法。方法在接口中定義，在通道內(nèi)實現(xiàn)，但在進程內(nèi)執(zhí)行。基于以上概念，提出一種事務級建模思想：

　　①設備若僅作為被訪問者，如存儲器、FIFO 等，那么只需要定義接口，以備被訪問，實現(xiàn)接口方法，此設備作為基本通道存在;

　?、谠O備若僅作為訪問者，如CPU，那么只需要定義端口，來訪問其他設備;

　?、墼O備若既可作為訪問者和被訪問者，如總線，那么它就需要同時定義端口和接口，同時也要實現(xiàn)接口，這也就是層次化通道，接口用來被訪問，端口用來發(fā)起訪問。

　　對于SoC 設計而言，事務級建模屬于架構型設計。在架構的事務級建模中，模塊在共享的通信通道(如總線)彼此進行交易。同時在進行系統(tǒng)的SystemC 事務級建模中，可以有效地對軟件部分進行描述，結合其進行協(xié)同仿真。所以，對所設計的系統(tǒng)使用事務級模型進行仿真時，不僅系統(tǒng)架構可以找到系統(tǒng)級的瓶頸并能有效解決，而且軟件開發(fā)者也可以評估軟件的運行吞吐量，同時也可以研究在系統(tǒng)背景下軟件和硬件模型之間的交互。