芯片集成系统建模与快速模拟：博士论文概要

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"这篇博士学位论文由Richard Buchmann撰写，主题为‘芯片集成系统的循环级别建模与快速模拟’，属于计算机科学领域，特别是在硅片集成系统的研究方面。论文于2006年在巴黎第六大学完成，并在2009年10月23日提交至开放获取存档HAL。该研究探讨了如何对芯片上的集成系统进行建模和快速模拟，以支持架构探索。论文中提到，随着硬件架构的复杂性和软件部署选项的增多，评估各种设计指标（如硅面积、能量消耗和性能）的模拟过程变得极为耗时。因此，快速模拟技术成为了优化设计流程的关键，尤其是在循环级别的模拟，这对于理解和预测系统行为至关重要。 Richard Buchmann在论文中提出的方法旨在加速这一过程，以帮助设计师更有效地探索不同的架构配置。评审委员会包括多位知名专家，他们对论文进行了评审和指导。论文的摘要指出，建模工作涵盖了软件应用程序的规范以及硬件架构的建模，目标是找到最佳的部署策略。快速模拟技术的应用能够显著减少评估时间，这对于在设计早期阶段做出关键决策非常有益，同时还能确保系统在性能和能效方面的最优表现。这篇博士论文对学术界和工业界都有重要的意义，因为它提供了对芯片集成系统设计中关键问题的深入理解，同时也提出了提高设计效率的新方法。通过HAL平台，这篇论文可供全球的研究人员和工程师查阅，促进了知识的共享和进一步研究。"

1.3.架构模拟7

选择抽象级别进行架构探索

模拟速度和评估精度取决于硬件架构模型的抽象级别。图1.4总结了抽象级别对模拟速度和模型

精度的折衷。

模型精度模拟速度

CABA级别（

或CC）

可综合RTL级

别

事务时间级别（TLM

−T）

门级别

图1.4-抽象级别与性能/精度的折衷

TLM-T级别不能保证系统性能的精确评估。事务发生的日期可能会有几个周期的误差。

其他三个建模级别-门、可综合RTL和CABA-

可以精确评估集成系统的能耗和系统的时间性能。CABA级别比其他两个级别更快。

在本论文中，我们关注CABA抽象级别，因为这个级别在架构探索中提供了一个很好的折衷方案

。

我们已经看到执行速度取决于抽象级别和模拟引擎。

8第1章问题

1.3.2模拟引擎

我们希望模拟的架构只包含在CABA级别描述的模块。每个模块都有一个或多个描述其行为的进

程。模拟器的核心任务是在工作站上调度这些进程的执行。

调度是确定进程顺序的过程。如果该顺序是在仿真执行过程中构建的，则称为动态调度。

仿真器的核心通常包括一个离散事件仿真引擎。这种类型的引擎可以实现动态调度。当信号或端

口I的值发生变化时，会生成一个事件Event

I。每个进程都与一组事件相关联，称为其敏感列表。当列表中的事件生成时，调度器执行相应

的进程。

进程的执行可能会修改某些信号，这些信号会进一步生成事件。只要还有事件生成，仿真就会

继续进行。当当前时间没有待处理事件时，系统被认为是稳定的，仿真器可以继续增加模拟时

间。

动态调度器会根据仿真的进行逐步生成调度顺序。不幸的是，它所拥有的信息不足以推断出最佳

顺序。图1.5使用一个包含两个模块的架构来说明这个问题。每个模块都有一个进程。因此，我

们有两个进程：A和B。事件EventI2在进程A的敏感列表中。事件EventI1和Event

S1在进程B的敏感列表中。

如果信号I1和I2的值同时改变，会生成两个事件EventI1和Event

I2。进程A和B会同时被唤醒，分别由EventI2和Event

I1唤醒。当进程A执行时，信号S1会被修改并产生一个事件Event

S1，这会再次唤醒进程B。根据调度器的实现方式，进程唤醒的实际顺序可能是以下两种之一：

•B，A，然后再次B；•

A，B，然后再次B。

动态调度的结果会导致进程B不必要地被唤醒。然而，这些不必要的唤醒会增加执行时间，从而

降低仿真速度。最佳的顺序应该是：A然后B。

因此，我们对静态调度技术感兴趣，其中在仿真之前计算出最佳进程激活顺序。这种调度需要

额外的信息。因此，我们希望通过添加可供静态调度工具使用的信息来丰富模型。

Au cours de ce chapitre, les différentes étapes de l’exploration architecturale des systèmes

intégrés sur puce ont été brièvement présentées. Nous avons décrit une des méthodes de modé-

lisation du matériel, et de déploiement du logiciel sur le matériel. Nous avons ensuite identiﬁé

le problème de la durée de l’exploration architecturale qui devient excessive en raison du grand

nombre de paramètres du système.

Étant donné que la durée de l’exploration architecturale dépend de la vitesse de la simulation

architecturale, le problème revient à accélérer l’exécution de la simulation. Nous avons discerné

deux facteurs majeurs : le niveau d’abstraction des modules et le moteur de simulation.

Le niveau de modélisation qui nous intéresse est le niveau CABA. La restriction quant au

niveau de modélisation permet d’envisager l’emploi d’un simulateur spécialisé orienté vers la

simulation rapide.

Nous avons identiﬁé alors l’ordonnancement statique des processus comme étant une bonne

source d’accélération. Cette accélération peut être obtenue à condition d’enrichir les modèles

avec des informations explicitant les relations de dépendance entre les signaux d’entrée/sortie

d’un même module. Si ces informations sont partielles ou incorrectes, le déterminisme de la si-

mulation est compromis. Nous avons alors discerné deux besoins. Le premier besoin est d’établir

une méthode de modélisation où les dépendances entre les signaux d’entrée/sortie apparaissent

clairement. Le second besoin est de vériﬁer les relations de dépendance fournies.

L’exploration architecturale est limitée par la disponibilité des modèles de simulation rapide.

Or, nous avons constaté que les modèles RTL synthétisables sont très répandus. La génération

automatique de modules CABA à partir de ces modèles RTL est donc un enjeu important.

Au cours de ce chapitre, nous avons soulevé les questions suivantes auxquelles nous essaie-

rons de répondre :

第1章问题

在工业界存在许多可综合的RTL级别模型。由于这些模型是为逻辑综合而设计的，因此在模拟速度方面性能非常

差。从RTL版本手动编写CABA模型可能会很耗时且繁琐。人为错误经常发生。通过工具的自动化生成可以减少转

换时间和错误风险。因此，我们对从可综合RTL模型自动生成CABA级别模拟模型感兴趣。这项工作是本论文的一

个贡献之一。

1.3.5生成用于快速模拟的模型

在本章中，我们简要介绍了片上系统的架构探索的不同阶段。我们描述了一种硬件建模和软件部署的

方法之一。然后，我们确定了由于系统参数的数量庞大，架构探索的持续时间变得过长的问题。由于

架构探索的持续时间取决于架构模拟的速度，问题归结为加速模拟执行。我们确定了两个主要因素：

模块的抽象级别和模拟引擎。我们感兴趣的建模级别是CABA级别。建模级别的限制使得可以考虑使

用面向快速模拟的专用模拟器。然后，我们确定了静态进程调度作为加速的良好来源。只有在模型中

丰富了关于同一模块的输入/输出信号之间依赖关系的信息时，才能实现这种加速。如果这些信息是

部分的或不正确的，模拟的确定性将受到威胁。然后，我们确定了两个需求。第一个需求是建立一种

建模方法，其中输入/输出信号之间的依赖关系清晰可见。第二个需求是验证所提供的依赖关系。架

构探索受快速模拟模型的可用性限制。然而，我们发现可综合的RTL模型非常普遍。因此，从这些RT

L模型自动生成CABA模块是一个重要的问题。在本章中，我们提出了以下问题，我们将尝试回答：

1.4结论

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