基于AMBA架構的SoC系統事務級建模介紹

1.引言

　　隨著集成電路制造技術的發展，VLSI 已經進入了SoC(System-on-Chip )片上系統時代。對于復雜的片上系統而言，系統驗證占整個設計時間的60%-70%，其中涉及到軟件與硬件的協同工作等等。傳統的系統驗證在RTL 級進行，RTL 提供更精確接近實現的同時，也加長了驗證時間以及此時發現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驗證。

　　SystemC 作為一種系統描述語言應運而生，它支持從系統級到門級的描述，解決了傳統片上系統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，既可以描述純功能模型和系統體系結構，也可以描述軟硬件的具體實現。

　　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，該建模方法創建一可執行平臺模型，對系統進行仿真，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，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;事務級建模可以使用事件驅動，由一事件可以驅動一系列行為，因此建模可以在早期進行。所以，SystemC 事務級模型具有建模效率高和仿真速度快的優點。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)事件同步;

　　–模型內部是周期精確的;

　　–模塊pin 沒有明確進行建模實現，但可通過適配器外部實現;

　　–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設計目標，但不實現這些方法;

　　. 通道(channel)： 實現接口定義的方法;根據通道內部所實現方法的情況，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，端口也只能連接到實現了該類接口的通道上，通過端口模塊和進程來訪問通道內定義的接口方法; 通過接口又引出接口方法調用(interface-method-call，IMC) 的概念，是指一個進程通過端口調用通道內實現的接口方法。方法在接口中定義，在通道內實現，但在進程內執行。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，實現接口方法，此設備作為基本通道存在;

　　②設備若僅作為訪問者，如CPU，那么只需要定義端口，來訪問其他設備;

　　③設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，同時也要實現接口，這也就是層次化通道，接口用來被訪問，端口用來發起訪問。

　　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，結合其進行協同仿真。所以，對所設計的系統使用事務級模型進行仿真時，不僅系統架構可以找到系統級的瓶頸并能有效解決，而且軟件開發者也可以評估軟件的運行吞吐量，同時也可以研究在系統背景下軟件和硬件模型之間的交互。