SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)（二）
SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)
SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)的內(nèi)容可以簡(jiǎn)單的歸納為如下三點(diǎn)：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù),IP核生成及復(fù)用技術(shù)和超深亞微米IC設(shè)計(jì)技術(shù)（有時(shí)又稱(chēng)納米級(jí)電路設(shè)計(jì)技術(shù)）。它們又分別包含一系列的子課題（圖5）。
在這些子課題中有些是我們已經(jīng)十分熟悉的,但是這并不意味著它們是已經(jīng)解決的問(wèn)題。恰恰相反,這些課題在融入SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)的框架之后,已經(jīng)在內(nèi)涵上產(chǎn)生了很大的變化。
軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)
首先探討一下軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)課題的提出已有多年的歷史,但是早期的研究多集中在針對(duì)一個(gè)特定的硬件如何進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)或根據(jù)一個(gè)已有的軟件實(shí)現(xiàn)具體的硬件結(jié)構(gòu)。前者是一個(gè)經(jīng)典的軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題,軟件性能的好壞不僅僅取決于軟件開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)水平,更有賴(lài)于所使用的硬件平臺(tái),后者是一個(gè)軟件固化的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)的途徑可以是采用一個(gè)與原有軟件平臺(tái)相同的軟件處理器,并將軟件代碼存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器當(dāng)中,也可以是在充分理解軟件的內(nèi)在功能之后完全用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的功能。采用存儲(chǔ)器固化軟件代碼的作法一般來(lái)說(shuō)可以比較快地實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì),且芯片具有一定的二次開(kāi)發(fā)可能,但是由于考慮到實(shí)現(xiàn)所需的硬件平臺(tái)的一致性,芯片的性能將受到較大的限制,大多應(yīng)用在性能比較低的場(chǎng)合。除此之外,有時(shí)候要找到一個(gè)可用的、與軟件開(kāi)發(fā)時(shí)所使用的硬件平臺(tái)兼容的處理器也是一件十分困難的事情。將軟件功能全部由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的作法具有較大的風(fēng)險(xiǎn),一般需要比較長(zhǎng)的時(shí)間和比較大的人力、物力和財(cái)力的投入,特別是進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間較為苛刻的時(shí),這種做法有其局限性。但是一旦成功,則芯片具有較高的性能。從上述介紹不難發(fā)現(xiàn),早期的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法研究還是一種面向目標(biāo)的（Object Oriented）軟硬件設(shè)計(jì)方法,研究的內(nèi)容和結(jié)果與所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和已具備的條件密切相關(guān),形不成具有普遍適用性的理論體系。
面向SoC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)理論應(yīng)該是從一個(gè)給定的系統(tǒng)任務(wù)描述著手,通過(guò)有效地分析系統(tǒng)任務(wù)和所需的資源,采用一系列變換方法并遵循特定的準(zhǔn)則自動(dòng)生成符合系統(tǒng)功能要求的,符合實(shí)現(xiàn)代價(jià)約束的硬件和軟件架構(gòu)。這種全新的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)思想需要解決許多以前沒(méi)有碰到的問(wèn)題。首先是系統(tǒng)的描述方法。目前廣泛采用的硬件描述語(yǔ)言（HDL）是否仍然有效？如何來(lái)定義一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的軟件功能描述或硬件功能描述？等等。至今天為止,尚沒(méi)有一個(gè)大家公認(rèn)的且可以使用的系統(tǒng)功能描述語(yǔ)言可供設(shè)計(jì)者使用。
其次是這一全新的設(shè)計(jì)方理論與已有的IC設(shè)計(jì)理論之間的接口�？梢灶A(yù)見(jiàn),這種全新的設(shè)計(jì)理論應(yīng)該是現(xiàn)有IC設(shè)計(jì)理論的完善,是建筑在現(xiàn)有理論之上的一個(gè)更高層次的設(shè)計(jì)理論,它與現(xiàn)有理論一起組成了更為完善的理論體系。在這種假設(shè)下,這種設(shè)計(jì)理論的輸出就應(yīng)該是現(xiàn)有理論的輸入。
第三,這種全新的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)理論將如何確定最優(yōu)性原則。顯然沿用以往的最優(yōu)性準(zhǔn)則是不夠的。除了芯片設(shè)計(jì)師們已經(jīng)熟知的速度、面積等硬件優(yōu)化指標(biāo)外,與軟件相關(guān)的如代碼長(zhǎng)度、資源利用率、穩(wěn)定性等指標(biāo)也必須由設(shè)計(jì)者認(rèn)真地加以考慮。
第四,如何對(duì)這樣的一個(gè)包含軟件和硬件的系統(tǒng)的功能進(jìn)行驗(yàn)證。除了驗(yàn)證所必須的環(huán)境之外,確認(rèn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤發(fā)生的地方和機(jī)理將是一個(gè)不得不面對(duì)的課題。
最后,功耗問(wèn)題。傳統(tǒng)的IC在功耗的分析和估計(jì)方面已有一整套理論和方法。但是,要用這些現(xiàn)成的理論來(lái)分析和估計(jì)含有軟件和硬件兩部分的SoC將是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。簡(jiǎn)單地對(duì)一個(gè)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行功耗分析是可以的,但是由于軟件運(yùn)行引起的動(dòng)態(tài)功耗則只能通過(guò)軟硬件的聯(lián)合運(yùn)行才能知道。其實(shí),還可以舉出很多新理論要涉及的問(wèn)題,它們一起構(gòu)成了面向SoC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
IP核生成及復(fù)用技術(shù)
