1、 用C語言建模輔助軟硬件協同設計作者:楊宏璋, 王嘉作者單位:上海交通大學電子工程系,上海,200030刊名:信息技術英文刊名:INFORMATION TECHNOLOGY年,卷(期:2010,34(8被引用次數:0次參考文獻(5條1.王少平,王京謙,錢瑋.嵌入式系統的軟硬件協同設計J.現代電子技術,2005,28(2:83-84.2.Jon Connell.ARM System-Level ModelingEB/OL.3.3.Frank Ghenassia.Transaction Level Modeling with SystemC:TLM Concepts and Application

2、s for Embedded SystemsM.Springer,2005.4.Seth Bernsen.Combating Design Complexity with Electronic System Level (ESL MethodologyJ.Design Strategies and Methodologies Information Quarterly,2005,4(2:36-40.5.ISO/IEC 13818-2,Information technology -Generic coding of moving pictures and associated audio in

3、formation:VideoS.相似文獻(10條1.期刊論文趙建洲.朱明.邊計年.薛宏熙SOC系統中C到VHDL的轉換-計算機工程與應用2002,38(16近年來,SOC設計方法學的研究越來越引起人們的注意.C語言適合對系統進行高層次的描述.C語言的系統描述經過軟硬件劃分之后,要求將硬件實現部分轉換為適合于綜合的VHDL語言.文章通過分析兩種語言的區別,提出并實現了適于表達C語言描述內容的VHDL結構形式,并對幾種C語言結構提出合理的轉換方案.實驗表明,文章提出的方案是正確的和有效的.2.學位論文趙學鳴基于SoPC系統的C+類模塊硬件實現2007SOPC(System On Programm

4、able Chip技術是現代計算機輔助設計技術、電子設計自動化EDA(Electronics Design Automation技術和大規模集成電路技術高度發展的產物。SOPC技術的目標是將復雜的電子系統在一塊FPGA(Field Prog:rammable Gate Array中實現,使得所設計的電路在規模、可靠性、體積、功能、性能指標、上市周期、開發成本、產品維護和硬件升級等綜合最優化。SOPC技術要求的是一種軟硬件綜合解決方案,因為它同時涉及到底層的硬件系統設計和軟件設計。開發者在軟硬件系統的綜合與構建方面可以充分發揮創造性和想象力,使用其可編程特性與IP核相結合,可以快速、低廉地開發出

5、不同的協處理器,從而真正實現硬件編程、升級和重構。傳統的軟硬件協同設計中,軟件和硬件的開發流程基本上是相對獨立的,不能互相共享,也很難做到軟硬件靈活切換。解決這個問題,有兩條探索的方向。一種是以System C為代表的,使用擴展的C+來支持硬件描述,另一種是實現一種方法完成從C到硬件描述語言的轉換,從而可以統一軟硬件開發流程。C+類模塊硬件化設計方法,繼承了從C到硬件描述語言的研究成果,并利用C+面向對象的特點,發展出一種把軟件C+類模塊轉換成硬件模塊的方法。C+類模塊硬件化設計方法和核心,是提出了一種架構。通過這個架構,C+類被分解成可以為現有的C到HDL轉換軟件能處理的形式,于是一個軟件的

6、C+類可以根據軟硬件劃分的結果,或者編譯成在FPGA軟處理器上運行的軟件,或者綜合成FPGA中的硬件協處理器。通過這個架構,被綜合成的硬件協處理器的C+類模塊可以被運行于嵌入式系統軟核中的軟件透明的調用,而無需關注軟硬件接口的細節。本文共分為七章,第一章是對SOPC技術和軟硬件協同設計做一個簡單介紹,從軟件開發者和硬件開發者不同的角度出發,對系統總體優化,包括性能和設計時間等因素進行討論,提出將軟件C+類模塊硬件化的需求。第二章介紹了目前軟硬件協同設計的建模工具和軟件平臺。第三章介紹Altera的一個SOPC解決方案,并對其的一個開發環境DE2實驗板做了初步介紹。第四章,在DE2的實驗板的環境

7、下,對C+類模塊硬件化的方法建立一個抽象模型。第五章,則根據前一章的模型,闡述具體的C+類模塊硬件化方法在DE2實驗板上的實現。第六章中,以一個音頻處理系統為示例,來展示軟件C+類模塊硬件化的具體操作過程。第七章中,則對該系統進行一個總結,并就未來發展做一個展望,并提出進一步的研究方向。3.會議論文趙建洲.朱明.邊計年.薛宏熙3SOC系統中C到VHDL的轉換2002近年來,SOC設計方法學的研究越來越引起人們的注意.C語言適合對系統進行高層次的描述.C語言的系統描述經過軟硬件劃分之后,要求將硬件實現部分轉換為適合于綜合的VHDL語言.本文通過分析兩種語言的區別,提出并實現了適于表達C語言描述內

8、容的VHDL結構形式,并對幾種C語言結構提出合理的轉換方案.實驗表明,本文提出的方案是正確的和有效的.4.學位論文孫柯柯SystemC在AES算法IP核設計中的應用2006本文是采用基于系統級描述語言SystemC設計流程的設計方法,對AES加密算法IP核設計的嘗試。研究在集成電路設計中,尤其是在中小型IP核設計領域,引入SystemC的設計方法與用C語言進行系統描述的傳統設計方法的差別以及可能遇到的問題,探索SystemC在SoC時代在設計中帶來的新的理念和變化。這里僅限于對系統設計部分以及系統設計向RTL設計的轉換,并不涉及SystemC的RTL設計,驗證以及軟硬件協同設計方面的研究。在設

9、計過程中,采用正向設計方法,進行系統整體結構以及各個分模塊設計,系統級采用SystemC與C語言,RTL級采用VerilogHDL。最后的工作完成了AES算法IP核的前端設計,實現了3種不同長度密鑰的加解密功能。主要使用了Altera公司的Quartus5.0集成開發工具和在Stratix的FPGA平臺進行了FPGA綜合,布局布線和時序仿真,達到了預期的效果。在今后的工作中,希望能夠在此基礎上形成一套適合于實際情況使用的利用SystemC這個新的系統級描述語言在IP核設計過程中進行系統設計以及向RTL設計轉換的方法,有效的縮短設計周期,提高開發效率。5.學位論文劉滔支持軟硬件協同設計的過程級統

10、一編程模型關鍵技術研究2009可重構片上系統將可編程邏輯器件、微處理器核及其他電路模塊共同集成到單個芯片中,是一種兼具定制硬件的高性能和軟件編程的靈活性的新型計算平臺。在高運算需求的應用中,這一特性可較大幅度提升系統效能。但目前仍有兩方面困難阻礙這類系統的廣泛應用,它們是:1.編程困難傳統的軟件編程語言只能利用設計空間的時間維度,傳統的硬件語言只能利用設計空間的空間維度。由于可重構片上系統能夠同時在時間和空間維度編程，要實現對可重構計算系統資源的有效利用，需要應用程序員能夠同時使用軟硬件編程語言進行設計，并考慮動態重構以及軟硬件通 信的細節。 2設計困難按照傳統協同設計方法學“先劃分再實現”的

11、步驟進行可重構片上系統的設計，必須考慮對硬件任務進行調度，才可能高效利用系統上 的動態可重構資源；由于軟硬件劃分非常復雜，本身已是NP難問題，進行可重構片上系統設計要求設計人員具備豐富的經驗和很高的專業素質。 本文針對當前可重構片上系統對程序員編程不透明，且動態可重構資源難以有效利用這兩個問題，提出并實現了一種支持軟硬件協同設計的過程級 統一編程模型。主要工作如下： 1完成了過程級統一編程模型的總體設計。確立了一個以軟硬件協同函數庫為基礎的從系統功能描述到實現的動態軟硬件劃分流程，構建了支持應 用程序開發和劃分算法設計的軟硬件協同設計集成開發環境。 2完成了軟硬件協同函數庫的設計和實例開發。該

12、庫被設計成“一個C語言接口對應軟硬件兩種實現”的方式，在為程序員系統描述提供統一易用 的函數調用接口的同時為軟硬件劃分算法提供劃分的對象。 3完成了動態鏈接控制的設計與實現。通過修改動態鏈接器，使其在程序運行時實時記錄協同函數的調用、執行情況，并調用軟硬件劃分算法，根 據劃分的結果切換函數的軟硬件執行方式。 實例設計和實驗結果表明，本模型能夠方便程序員編寫程序，程序在劃分算法合理劃分的支持下能夠有效利用動態可重構資源并得到加速。 6.期刊論文 李超.方潛生 C到VHDL的編譯器設計與實現 -福建電腦2004,""(12 近年來,微電子技術和超大規模集成電路技術發展迅速,電子

13、系統設計的系統復雜度和異構度都不斷加大,軟件在系統設計中所占比例也越來越大.C語 言適合對系統進行高層次的描述,VHDL語言適合抽象的硬件描述.C語言的系統描述經過軟硬件劃分之后,必須將硬件實現部分轉換為適合于綜合的VHDL語 言.本文通過比較兩種語言的差別,提出并實現適合表達C語言描述內容的VHDL結構形式.實驗表明,本文提出的方案是正確和有效的,并能降低系統設計的 復雜度和異構度. 7.學位論文 鄒春杰 基于軟硬件協同設計平臺ECNUX的并行FFT設計 2005 本文首先對傅立葉變換的性質做了詳細介紹，其中包括離散傅里葉變換，快速傅立葉變換(FFT以及基-2按時間抽取(DIT的FFT算法；

14、然后簡單介紹 了嵌入式軟硬件協同設計平臺ECNUX和實現語言ECNU-C，主要介紹了ECNU-C語言的特點和我們需要用到的一些語法；接著在第四章詳細分析了定點FFT的 溢出情況，并給出了控制FFT定點溢出的兩種方式，同時給出了并行FFT的實現方案，包括蝶形運算器的并行以及蝶形運算器之間的并行；最后在VC6.0平 臺上模擬了前面介紹的兩種并行定點FFT算法，并通過對結果的分析來比較它們的時間性能和精度，其中第一種方法在精度上有明顯優勢，而第二種方法 在時間性能上有明顯優勢。 8.期刊論文 趙康.邊計年.吳強.薛宏熙.ZHAO Kang.Bian Ji-nian.WU Qiang.XUE Hong

15、-xi C語言系統描述的HCDFGII實現 -計算機工程與科學2005,27(4 C語言是系統設計中一種主要的系統描述語言,在系統級軟硬件協同驗證及隨后的軟硬件劃分、接口綜合和行為綜合等中都需要把C語言的系統描述轉 化為控制數據流圖.本文介紹了一種層次化控制數據流圖HCDFG-II模型,以及從C語言生成該模型的方法.HCDFG-II的層次化模型分為函數/進程級、語句級 和操作級,根據需要可以生成不同級別的模型.本文討論了C語言中各種控制結構及數組、指針、聯合和結構等復雜數據類型生成HCDFG-II的方法. 9.學位論文 殷開爽 JPEG壓縮的SOPC實現 2006 SOPC是基于大規模FPGA

16、的單片系統。SOPC綜合了SOC、PLD和FPGA的優點，集成了硬核或軟核CPU、存儲器、I/O以及可編程邏輯。SOPC系統開發過程 是一個軟硬件協同設計的過程。軟硬件協同設計協調軟硬件開發過程的并行開展，一方面可以縮短設計周期，提高設計效率，另一方面可以根據系統各 功能模塊的特點和設計約束，選擇合適的軟件或硬件實現方式。 本文對SOPC的發展現狀和相關技術進行了研究，以Altera的SOPC實現平臺為背景，結合JPEG靜態圖像壓縮這一典型的計算密集型應用，提出了 SOPC軟硬件協同設計的設計流程，包括：系統需求分析、軟硬件劃分、用戶自定義邏輯、硬件加速模塊掛接等。以C語言為系統描述工具，運用

17、通用的性 能分析工具對系統模型做定量分析，從而得出軟硬件劃分的重點目標模塊。再綜合考慮設計約束、功能固化的技術復雜性和開發周期，確定系統的軟硬 件劃分。 著重分析了色度空間轉換、離散余弦變換、量化等計算密集型變換的用戶自定義邏輯實現和基于Nios 的SOPC系統下硬件加速模塊掛接這兩個方面 的內容。此外，設計了Avalon流模式的LCD控制器，從而構成完整的基于SOPC的JPEG壓縮系統。 10.學位論文 朱先竹 DSP指令集模擬器的設計與實現 2007 指令集模擬器(Instruetion Set Simulator是用來在一種體系結構的計算機上執行另一種體系結構計算機軟件的程序。它用軟件模

18、擬目標機指令集 體系結構的所有指令執行的功能，從而達到和在目標機上執行同樣的功能和結果。本文介紹了用指令集模擬器來模擬未來DSP內部的功能和DSP的指令以 檢測設計方案是否正確的技術。該技術通過用C+語言對指令集架構(ISA，Instruction set architecture建模完成指令集模擬器的設計，并經過工程 化的測試證明了其正確性。 指令集模擬器是開發可編程結構所必不可少的工具，特別是在SoC結構設計空間探索，早期系統設計驗證和SoC軟硬件協同設計等方面起著非常重要 的作用。隨著IC設計自動化程度的提高和芯片集成度的上升，驗證工作的復雜度和工作量呈指數趨勢上升。系統實現部分的RTL代碼每多一倍，驗證的工 作量往往要增加到四倍甚至更大。傳統驗證方法的很多劣勢在當前大規模的DSP處理器的驗證中凸現出來，如何提高驗證效率和節省驗證代價成為一個新 的挑戰。本文為此提出一種驗證方法，用C+語言建立的ISA模型搭建驗證平臺對每個模塊進行獨