SoC设计中支持软硬件划分的虚拟微处理器

在SoC系统软硬件协同没计过程中，采用WISHBONE总线协议标准来构造虚部件级SoC系统，将经过软硬件划分后的软件和硬件在虚部件级进行协同仿真，再进行实部件级的综合。提出了一种基于ARMSim仿真内核的虚部件级微处理器(虚拟微处理器)的模型构造方法，可以简化SoC系统的设计。     

嵌入式系统软硬件自动划分方法研究

软硬件划分一直是嵌入式系统软硬件协同设计中的难点,如果离开具体系统,单纯的软硬件划分,其性能很难评估。本文提出基于系统体系结构,应用遗传算法来进行多目标优化的软硬件自动划分方法。在具体设计中,使用数据流图对系统建模,采用邻接表进行个体编码,定义交叉、变异操作,同时引入小生境技术,保持解的多样性。该方法为嵌入式系统软硬件自动划分提供一种新思路。     

嵌入式系统的软硬件划分

嵌入式系统软硬件协同设计中的关键步骤之一是软硬件划分。现有的许多软硬件划分方法都试图捕获太多有关划分问题和目标结构的细节，可扩展性差。本文提出了一种简化的软硬件划分问题模型，这种简化模型能分别对不同的划分问题进行形式化定义。在此模型的基础上，本文给出了基于ILP的算法和遗传算法。实验结果表明，我们的遗传算法能有效地解决千万个节点规模的划分问题，并获得近似最优解。     

嵌入式系统芯片中SM2算法软硬件协同设计与实现

针对现有的椭圆曲线算法系统级设计中开发周期长,以及不同模块的性能开销指标不明确等问题,提出一种基于电子系统级(ESL)设计的软硬件(HW/SW)协同设计方法.该方法通过分析SM2(ShangMi2)算法原理与实现方式,研究了不同的软硬件划分方案,并采用统一建模语言SystemC对硬件模块进行周期精确级建模.通过模块级与系统级两层验证比较软硬件模块执行周期数,得出最佳性能划分方式.最后结合算法控制流程图(CFG)与数据流程图(DFG)将ESL模型转化为寄存器传输级(RTL)模型进行逻辑综合与比较,得出在180 nm CMOS工艺,50 MHz频率下,当算法性能最佳时,点乘模块执行时间为20 ms,门数83 000,功耗约2.23 mW.实验结果表明所提系统级架构分析对基于椭圆曲线类加密芯片在性能、面积与功耗的评估优势明显且适用性强,基于此算法的嵌入式系统芯片(SoC)可根据性能与资源限制选择合适的结构并加以应用.     

SoC中基于OCP-SystemC的虚部件库设计研究

在传统的软硬件协同设计中,硬件采用的是RTL描述(用硬件描述语言HDL描述),而软件通常采用C或者C++语言进行描述,这种语言描述的不一致会加大协同验证仿真的难度,从而导致系统设计过程的反复。文章提出了一种基于OCP-SystemC的虚部件库设计方法,将其应用在设计实现的SOC-CDE软硬件协同设计环境中。在虚部件库设计中,使用SystemC来描述虚部件的功能(行为),同时采用OCP协议对虚部件进行接口和性能方面的封装,以满足利用软硬件划分的结果所构建的虚部件级SoC系统仿真与评价的需要。     

基于UML的软硬件协同设计方法

嵌入式系统软硬件协同设计中关键步骤之一是软硬件划分。文中通过介绍现有嵌入式系统的协同设计方法，如：VULCAN，COSYMA和POLLS，指出了现有方法的缺点，提出了一种改进的基于UML的新方法。使用UML建立系统模型，根据UML的图例，采用二叉树的结构，计算出每个步骤的成本；采用改进的遗传算法，加快收敛的速度，提高解的质量。在算法库和成本库中对系统的软硬件进行划分，通过协同综合，达到协同仿真和验证的目的。     

基于SystemC的SoC行为级软硬件协同设计

针对目前SoC设计中存在的软硬件协同验证的时间瓶颈问题，提出了一种使用系统建模语言SystemC对SoC进行总线周期精确行为级建模的方法，采用该方法构建SoC芯片总线周期精确行为级模型进行前期验证。该模型基于32位RISC构建，并可配置其它硬件模块。实验结果表明：模型完全仿真实际硬件电路，所有的接口信号在系统时钟的任一时刻被监测和分析，很大程度地提高了仿真速度，并且可以在前期作系统的软硬件协同仿真和验证，有效地缩短了目前SoC芯片设计中在RTL级作软硬件协同仿真验证时的时间开销。     

基于SoC-FPGA的RISC-V处理器软硬件系统级平台

构建软硬件系统级原型平台是处理器设计硅前测试中必不可少的环节.为适应基于开放指令集RISC-V的开源处理器设计需求，简化现有基于FPGA的处理器系统级原型平台构建方法，提出了一套基于SoC-FPGA的处理器敏捷软硬件原型平台，以实现目标软硬件设计的快速部署与系统级原型高效评测.针对上述目标，发掘紧耦合SoC-FPGA器件的潜力，构建了一套RISC-V软核与ARM硬核（SoC侧）之间的信息交互机制.通过共享内存和虚拟核间中断等方法，可使目标RISC-V处理器灵活使用平台丰富的I/O外设资源，并充分利用硬核ARM处理器算力协同运行复杂软件系统.此外，为提升软硬件系统级平台的敏捷性，构建了灵活可配置的云上自动化开发框架.通过对平台上目标RISC-V软核处理器各方面的分析评估，验证了该平台可有效缩短系统级测试的迭代周期，提升RISC-V处理器软硬件原型评测效率.     

基于OCP通信的SoC虚部件级软硬件协同建模方法

提出了一种基于OCP(Open Core Protocol)通信协议的虚部件级软硬件协同建模方法，并建立虚部件级模型——FITM(Function Interface Timing Model)．FITM介于系统级算法模型和RTL时钟精确的模型之间，可简化系统级任务直接映射到RTL体系结构的难度；基于FITM的协同仿真对仿真的精确性和速度进行折中，可有效地解决系统级仿真不够精确和RTL仿真速度慢的问题，所得到的仿真结果能最佳地支持软硬件划分决策和系统性能分析．为了使虚部件级软硬件模型之间的通信独立于RTL的总线协议，文中采用OCP事务级通信协议，大大提高了模型的重用性．最后给出MP3 Decoder和数字化士兵音视频解码与播放器SoC的建模实例．     

集成电路设计的系统级描述语言SystemC

人们提出了软件硬件协同设计的设计方法，以克服传统的将软件和硬件分开的设计方法对于SOC的设计存在的缺陷。SyStenlC是顺应这种发展趋势而产生的系统级描述语言。它是一种通过类对象扩展和基于C／C 的建模平台，支持系统级软硬件协同设计、仿真、验证、软硬件协同设计的系统级描述语言。本文介绍了系统级描述语言SySternC在集成电路设计中的应用，讨论了基于SyStemC的集成电路设计的设计流程、设计优势及其发展趋势。     

支持平台设计方法的系统芯片协同设计环境

面向基于平台的设计方法,开发了系统芯片软／硬件协同设计环境YH—PBDE．在描述YH-PBDE的总体结构之后,详细介绍了该环境中的三个设计层次与二次映射过程,重点论述了YH—PBDE中基于约束任务流图的系统建模方法、具有初始信息素的蚂蚁寻优软硬件划分算法和基于层次有向无环图的设计约束分配方法．结合具有录音功能的MP3播放器芯片的系统级设计方法,说明了在YH—PBDE中进行系统芯片软硬件协同设计的过程。     

一种基于层次平台SoC设计中的软硬件划分方法

软硬件划分是SoC设计中的一个关键问题,合理的划分结果对最终生成的芯片在成本、性能、可扩展性等方面有重要影响。提出了在基于层次平台的SoC设计中,采用遗传算法进行软硬件划分的方法,并通过实验验证了其在SoC设计中的可行性。     

基于ESL的MEPG-4解码SoC软硬件协同设计

随着SoC(System on Chip)系统设计复杂度的不断提高,设计前期在系统级别进行软硬件规划对SoC 性能的影响日趋增加,在复杂视频解码SoC 设计中迫切需要高效的性能分析和验证平台从架构层次上优化性能.将基于电子系统级设计(Electronic System Level , ESL)仿真方法在MPEG-4 视频解码SoC 软硬件协同设计中的应用,利用ARM SoC-Designer ESL 平台分析软件算法的瓶颈,实现软硬划分.通过SystemC 对硬件单元周期精确建模,最终实现了MEPG-4 解码软硬件协同仿真验证.实践证明利用ESL 进行系统设计不仅可以有效提高仿真速度而且设计的视频解码硬件能有效改善系统的性能.     

Dynamically reconfigurable hardware-software architecture for partitioning networking functions on the SoC platform

We present an issue of the dynamically reconfigurable hardware-software architecture which allows for partitioning networking functions on a SoC (System on Chip) platform. We address this issue as a partition problem of implementing network protocol functions into dynamically reconfigurable hardware and software modules. Such a partitioning technique can improve the co-design productivity of hardware and software modules. Practically, the proposed partitioning technique, which is called the ITC (Inter-Task Communication) technique incorporating the RT-IJC² (Real-Time Inter-Job Communication Channel), makes it possible to resolve the issue of partitioning networking functions into hardware and software modules on the SoC platform. Additionally, the proposed partitioning technique can support the modularity and reuse of complex network protocol functions, enabling a higher level of abstraction of future network protocol specifications onto the SoC platform. Especially, the RT-IJC² allows for more complex data transfers between hardware and software tasks as well as provides real-time data processing simultaneously for given application-specific real-time requirements. We conduct a variety of experiments to illustrate the application and efficiency of the proposed technique after implementing it on a commercial SoC platform based on the Altera’s Excalibur including the ARM922T core and up to 1 million gates of programmable logic.     

Object-based hardware/software component interconnection model for interface design in system-on-a-chip circuits

The design of system-on-a-chip (SoC) circuits requires the integration of complex hardware/software components that are customized to efficiently execute a specific application. Nowadays, these components include many different embedded processors executing concurrent software tasks. In this paper, we present an object-based component interconnection model to represent both hardware and software components within a system architecture in a very high level of abstraction. This model is used in a design flow for automatic generation of hardware/software interfaces for SoC circuits. Design tools for automatic generation of embedded operating systems, hardware interfaces and associated device drivers are presented and evaluated using the results obtained with a VDSL application.     

SoC芯片设计方法及标准化

随着集成电路技术的迅速发展，集成电路已进入系统级芯片（SoC)设计时代，SoC芯片的集成度越来越高，单芯片上的集成度和操作频率越来越高，投放市场的时间要求越来越短，为了实现这样的SoC芯片，设计越来越依赖IP模块的重用，SoC复杂性的提高和IP模块的多样化，SoC芯片中多个厂商不同IP模块的使用，导致了IP模块可重用的许多问题，IP模块和片上总线，以及EDA工具接口的标准化，是解决IP模块标准化的很好途径，另一方面，SoC芯片设计的复杂性和嵌入软件所占比重的增加，要求更高层次的系统抽象和软硬件的协同设计，使用更流地的设计进行系统的硬件设计和更有效的系统设计方法，描述了SoC芯片设计中的IP模块可重用技术以及所存在的问题，介绍了SoC IP模块和片上总线结构的标准化，讨论了基于C／C＋＋扩展类库的系统级描述语言和基于平台的SoC设计方法。     

一种针对动态部分可重构SoC软硬件划分的高效MILP模型

异构片上系统(System-on-Chip,SoC)在同一芯片上集成了多种类型的处理器,在处理能力、尺寸、重量、功耗等各方面有较大优势,因此在很多领域得到了应用。具有动态部分可重构特性的SoC(Dynamic Partial Reconfigurability SoC,DPR-SoC)是异构SoC的一种重要类型,这种系统兼具了软件的灵活性和硬件的高效性。此类系统的设计通常涉及到软硬件协同问题,其中如何进行应用的软硬件划分是保证系统实时性的关键技术。DPR-SoC中的软硬件划分问题可归类为组合优化问题,问题目标是获得调度长度最短的调度方案,包括任务映射、排序和定时。混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)是求解组合优化问题的一种有效方法;然而,将具体问题建模为MILP模型是求解问题的关键一环,不同建模方式对问题求解时间有重要影响。已有针对DPR-SoC软硬件划分问题的MILP模型存在大量变量和约束方程,对问题求解时间产生了不利影响;此外,其假设条件过多,使得求解结果与实际应用不符。针对这些问题,提出了一种新颖的MILP模型,其极大地降低了模型复杂度,提高了求解结果与实际应用的符合度。将应用建模成DAG图,并使用整数线性规划求解工具对问题进行求解。大量求解结果表明,新的模型能够有效地降低模型复杂度,缩短求解时间;并且随着问题规模的增大,所提模型在求解时间上的优势表现得更加显著。