通過高級C模型驗證管理設(shè)計的復(fù)雜性

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性的增加，以及產(chǎn)品生命周期的縮短和競爭態(tài)勢的加強，將嵌入式設(shè)計技術(shù)不斷推向極限。復(fù)雜設(shè)計包含更多器件以及更強的互操作性，因此需要更多仿真、更高吞吐量以及更好的綜合測試。為解決復(fù)雜性問題，在設(shè)計過程中，設(shè)計團隊需要另外一套方法，以減少系統(tǒng)驗證運行時間，及早進行驗證。一種策略是通過Ｃ或HDL編寫的高級行為模型來提高建模抽象的級別。

用抽象的C模型方法，建立嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化開發(fā)
在系統(tǒng)抽象的較高級，結(jié)構(gòu)化決策很少需要考慮細(xì)節(jié)。因此，抽象的C模型很少需要詳細(xì)的功能性。這些高級C模型可以快速建立，并比傳統(tǒng)的RTL模型仿真更快。原來用RTL花費數(shù)月時間編寫的模型用高級C模型建立只需要幾周。
高級模型的速度和相對簡單性允許工程師在設(shè)計過程的早期階段就可以進行更全面的驗證。設(shè)計流程的更改在該階段不僅可以及早實施，降低成本，而且早些完成這些工作能降低風(fēng)險、提高設(shè)計產(chǎn)出、增強設(shè)計性能的可靠性。早期驗證和分析還減少了工程師必須用在調(diào)試復(fù)雜問題的時間。
一種動態(tài)參數(shù)化的C模型環(huán)境使在仿真期間可以修改設(shè)計特性，進一步突出了早期驗證的優(yōu)點。仿真運行不需要編輯、重編譯、重連接和重載模型。例如，利用這一性能特點，用戶可以根據(jù)算法第一次通過的結(jié)果，進行設(shè)計修改的仿真。重復(fù)這樣做，仿真會自動收斂于一特定的設(shè)計要求。
利用高速仿真的優(yōu)點、簡化的模型建立及動態(tài)參數(shù)化，可以使設(shè)計者研究各種設(shè)計選擇，驗證功能性，在設(shè)計過程中及早優(yōu)化系統(tǒng)性能。高級系統(tǒng)模型的建立也可同時由硬件和軟件團隊使用。例如，硬件工程師可以在早期向軟件組提供硬件觀點的確切表達。這樣，從整體效果上增加了協(xié)同驗證的機會，并減少了驗證運行時間。
 由于高級Ｃ模型的效率，工程師可以用更多的時間改進其設(shè)計。功能性、性能和設(shè)計差異性會大大增強優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)的潛力。抽象化C模型允許工程師在設(shè)計流程中早些決定哪些產(chǎn)品創(chuàng)意值得追求，哪些不值得。
由于在高級抽象對行為進行了可行性測試，因而很少會發(fā)生錯誤，公司可以避免在不可行項目中投入大量的金錢、時間和精力。系統(tǒng)設(shè)計者甚至可以在現(xiàn)有設(shè)計進行的同時研究未來設(shè)計的可能性。例如，路由器總線和存儲架構(gòu)的優(yōu)化。一旦高層體系結(jié)構(gòu)建立，作為基準(zhǔn)，工程師可以開始功能塊集成測試。利用這種抽象觀點，除作為獨立單元測試外，一個或多個RTL塊可以在整個系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)驗證。這樣可以使多功能塊的集成測試更快。

利用“無縫C橋”優(yōu)化總線判決
“無縫C橋”協(xié)同驗證環(huán)境是實現(xiàn)這種快速抽象建模的一種工具。另外，“無縫V5”版本包含一新的性能分析特性。通過精確的記錄與顯示信息，如總線利用與判決延遲、代碼描述、存儲器用法等，工程師可以很好地了解設(shè)計的性能特性。結(jié)合基于C硬件建模的動態(tài)參數(shù)更改能力，性能分析使設(shè)計研究明顯地更具效率。
“無縫V5”提供了設(shè)計變更效果的即時反饋，得到了一個實用的、有競爭力的優(yōu)點，設(shè)計組可以確定性能要求和滿足要求的數(shù)據(jù)。
“無縫C橋”接口增加了無縫環(huán)境的靈活性，可以利用比基于RTL工具更高級的抽象模型和接口，在設(shè)計工作的早期進行協(xié)同驗證?！盁o縫”可以使嵌入式代碼以嵌入式系統(tǒng)中的硬件方式運行；“C橋”允許硬件通過事務(wù)級連接成為抽象的C模型。“無縫”協(xié)同驗證環(huán)境處理器支持包(PSP)可由ARM處理器系列，包括ARM7，ARM9，ARM10及ARM 11系列處理器提供。這些模型可直接插入設(shè)計環(huán)境，不需要重建接口及環(huán)境。
“C橋”技術(shù)可以混合和匹配編寫于不同抽象級的C和HDL模型。由于它們從嚴(yán)格運行的抽象C模型轉(zhuǎn)移到更詳細(xì)的實現(xiàn)中，工程師們可以用簡單取代RTL的特定C模型運行系統(tǒng)仿真。這允許在單一環(huán)境內(nèi)，從高級C建模環(huán)境到更詳細(xì)的RTL實現(xiàn)進行逐步轉(zhuǎn)換。隨著轉(zhuǎn)換增加，測試版可保存復(fù)用。圖1為用閃存卡作圖像存儲器的簡單圖像顯示器的框圖。
該設(shè)計全部用C語言建模，其處理器采用系統(tǒng)C測試版建模，其他所有塊作為C橋事務(wù)級模型編寫。對于這樣一個簡單設(shè)計，所有C模型幾周之內(nèi)就可建立完成，而如果用純粹的RTL設(shè)計編寫，將會用數(shù)月時間才能完成。除通過降低模型復(fù)雜度節(jié)省了時間外，在C橋設(shè)計中，地址解碼及總線協(xié)議處理等工作也得以簡化甚至消除。
用戶接口控制存儲在閃存中的各種圖像的打印。直接存儲器存取控制器(DMAC)對移出CF卡和進入RAM的數(shù)據(jù)進行管理。當(dāng)圖像需要顯示時，DMAC程序啟動，將圖像數(shù)據(jù)傳到RAM中，一旦DMAC處理開始，ARM嵌入式代碼就訪問RAM，取出圖像數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)處理、打包成圖像閱讀器能識別的格式后，ARM微處理器發(fā)送像素顏色和坐標(biāo)數(shù)據(jù)到閱讀器屏幕。
這個簡單模型仿真的最初用途是查看在附加定時信息，如加入等待狀態(tài)后，系統(tǒng)的功能是否還正常?！盁o縫C橋”工具的調(diào)試與分析能力用于驗證功能，以及用于為達到優(yōu)化功能設(shè)計的設(shè)計參數(shù)試驗，特別是改善此情況下的總線判決方案。該例中，“無縫”工具發(fā)現(xiàn)設(shè)計不能正確實現(xiàn)功能，因為只有圖像的第一行打印正確。“無縫V5”總線負(fù)載圖揭示了問題出在DMAC傳輸上(見圖2)。
圖2顯示DMAC占用總線時間超過75%(圖2中，DMAC是“其他”)，因此圖形顯示程序已經(jīng)優(yōu)化，使每次總線存取時裝載盡可能多的數(shù)據(jù)。這表示總線判決方案不允許DMAC控制器足夠快地從閃存中取出圖像數(shù)據(jù)送到S-RAM中、放在圖像顯示程序前。當(dāng)此發(fā)生時，就會形成局部圖像。DMAC需要保證總線有足夠多的周期?！盁o縫C橋”應(yīng)用可以用于解決動態(tài)改善總線判決方案問題。
采用具有擴展控制功能的工具與抽象模型一起工作，可以更容易、高效地研究各種可能性和設(shè)想。由于采用C橋模型，有些特性可以通過發(fā)指令到判決器模型使其動態(tài)改變。在抽象建模級實施，可以極大簡化，不需要進入RTL設(shè)計中，給很多管腳賦特殊值，工程師簡單發(fā)個指令讓高速判決器按不同方式動作即可。通過改變判決器的參數(shù)，DMAC在ARM926接回總線控制之前允許保持總線最小周期數(shù)。該值在1~16間可變。最保險的做法是將初始值設(shè)在最大值16，看是否可以解決顯示問題。即使能夠解決，由于DMAC占用了太多總線，也會引起圖像顯示刷新太慢的問題。
在這種抽象級，基于“無縫V5”(見圖3)性能分析能力中提到的，用戶可以用其他值快速試驗。在判決延遲方面，0~10ms期間代表顯示圖像的初始試驗。沒有看到判決延遲影響CPU，圖像也沒有正確顯示。下一期間從10~20ms，顯示了最大值用于判決器參數(shù)時的圖像顯示過程。可以看到一個大的判決延遲峰值引起圖像運算明顯減慢。最后一段，20~30ms之間，顯示參數(shù)降到4的情況，引起判決延時成比例降低，圖像也類似減慢。這些效果的視覺顯示，可以得到某一特定設(shè)計選擇結(jié)果的即時反饋，而不需要掃描一個長文本的輸出文件。
由于這一過程的速度，其他值可以逐一試驗，以得到最適合的總線判決方案。所有這些都可以實現(xiàn)，因為驗證改善優(yōu)化是動態(tài)實現(xiàn)的，在同一環(huán)境中，以高吞吐量運行。原來在RTL方式下花費數(shù)小時的一個進程，不包括改進和再匯編時間，現(xiàn)在仿真一次只需要5到10分鐘。

結(jié)語
通過C建模提高抽象級，是解決嵌入式系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性增加問題的一種新型設(shè)計方法，“無縫C橋”技術(shù)使設(shè)計者在設(shè)計過程早期實現(xiàn)高仿真速度驗證功能和分析系統(tǒng)性能。快速、抽象建模和“無縫”性能分析引擎減少了總體校驗時間，同時，有利于創(chuàng)造最佳設(shè)計。“無縫”協(xié)同驗證環(huán)境也使塊級和系統(tǒng)級的綜合測試提前。總之，這一方法降低了風(fēng)險，增加了設(shè)計產(chǎn)出量，提高了復(fù)雜的多成分系統(tǒng)的設(shè)計可靠性。由于明導(dǎo)公司和ARM的成功合作，“無縫C橋”方案特別適用于包含ARM微處理器核的設(shè)計?！?(李硯泉譯)