片上系统设计中的事务级建模方法_石晓郁
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由 于 高 层 模 型 （如 算 法 模 型 ）的 仿 真 速 度 通 常 要 比 低一层的模型快 １０ 倍或更多， 同时高层模 型可重用 为低层次设计的参考模型， 高层的可执行规格可作为 低层设计模块的验证平台， 因此经常需要将不同层次的 模型混合仿真。把高层模型的对外接口用 ｔｒａｎｓａｃｔｏｒ 形 式转换成低层模型的接口， 就可以连接到整个系统上。
常与系统时钟相关， 不引入管脚级的细节， 信息传输
通常以事务的方式建模。
＊ 管脚周期精确 ＰＣＡ（Ｐｉｎ Ｃｙｃｌｅ Ａｃｃｕｒａｔｅ）： 仅用于
模型的接口， 而非内部功能， 定时精确到时钟周期， 通
常与系统时钟相关， 描述精确到管脚级。
＊ 寄存器传输精确 ＲＴ（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｃｃｕｒａｔｅ）：
但不必是周期精确的。
＊ 功 能 模 型 （Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍｏｄｅｌ）： 指 抽 象 级 别 在
ＴＬＭ 之上的模型， 包括 ＳＡＭ 和 ＳＰＭ。
＊ 系统级模型（Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｅｖｅｌ Ｍｏｄｅｌ）： 指抽象级别在
ＲＴＬ 之上的模型， 包括 ＳＡＭ、ＳＰＭ 和 ＴＬＭ。
３ 事务级建模方法 ＴＬＭ
技
１ 系统级设计与验证简介
片上电子系统的速度和复杂度的不断提高不仅 使得底层的设计实现易于出问题， 而且顶层的系统架 构、通讯机制、软硬件划分等都可能使系统的功能 、性 能或成本、开发周期等指标不满足要求。一旦在 底层 的实现阶段发现了这种顶层的设计问题， 会有大量的 设计工作重新进行； 此外， 工程师对设计规格的理解 偏差， 或设计规格本身的不完整及二义性也是造成设 计错误的原因之一； 底层硬件的设计在验证时需要大 量的输入激励和检验响应， 在信号级完成这样的工作 不但速度很慢而且容易遗漏。
片 上 系 统 ＳＯＣ
供参考模型和验证平台； 可以作为软件开发的平台， 优化软硬件划分方案。所以事务级的系统硬件可执行 规格又称为可执行平台 ＥＰ（ Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ）。它 是架构精确的， 为软件开发和模块级的验证提供一个 快速全功能的环境。当 ＥＰ 作为底层 ＲＴＬ 模块的测试 平台时， 需要将相应的 ＴＬＭ 模块替换为目标 ＲＴＬ 模 块 与 ｔｒａｎｓａｃｔｏｒ 的 组 合 ， ｔｒａｎｓａｃｔｏｒ 是 ＳｙｓｔｅｍＣ 的 术 语 ， 作用是将一种抽象级的接口转换为另一种抽象级的 接口。
件设计和验证统一的高级描述语言； 规范抽象方式和
级别， 特别是在 ＲＴＬ 之上规范硬件平台的建模方法。
国际上 ＥＤＡ 界经过几年的发展与讨论， 公认最有
前 途 成 为 电 子 系 统 设 计 与 验 证 统 一 语 言 的 就 是 Ｓｙｓ－
ｔｅｍＣ， 它是在 Ｃ＋＋的基础上加上 一套适合于 硬件描述
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（嵌 入 式 与 Ｓ Ｏ Ｃ ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ２－２ 期
统建模的几种抽象方式和应用类型。
抽象方式可分为：
＊ 非 定 时 功 能 ＵＴＦ（ＵｎＴｉｍｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）： 可 用 于
模型的接口和内部功能， 进程的执行和数据传输都不
定时不是周期精确的。此种模型主要用于高层次性能
建模和时间预算。
＊ 事务级模型 ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｍｏｄｅｌ）： 用于
建模可执行的平台， 通常只描述硬件。模型接口用不
含管脚细节的 ＴＦ 方式， 可以是也可以不是周期精确
的 ， 数 据 传 输 用 事 务 方 式 建 模 ； 模 型 功 能 用 ＴＦ 方 式 ，
图 １ 由 ＴＬＭ 构成的可执行平台
在 ＴＬＭ 级实现可执 行 的 规 格 有 助 于 进 行 系 统 架 构的性 能分析， 探 索 不 同 的 架 构 方 案 ； 为 ＲＴＬ 设 计 提
－ １９２ － ３６０元 ／年 邮局订阅号： ８２－９４６
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
您的论文得到两院院士关注
事务级建模方法 ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ） 是为了解决以下问题而发展起来的， 这些问题包括提
供软件开发的早期平台； 系统架构探索与验证； 系统 级模型在模块级验证中的应用。它用于建模可执行的 平台， 通常只描述硬件。
所谓事务， 一方面指把低层次的信息传输组合成 的较高级别的传输， 比如把读写一大块数据作为一个 事务， 它包含总线上的若干次突发传输， 每个突发传 输又会包含地址连续的多个数据传输； 另一方面指不 牵涉具体的信号， 而是把传输中涉及到的信息分类作 为整体表示。事务级建模方法把模块的功能和模块间 的通讯分开建模， 模块间通讯用事务来表示， 接口用 不 含 管 脚 细 节 的 ＴＦ 方 式 ， 功 能 也 用 ＴＦ 方 式 ， 是 否 周 期精确根据需要而定。通过提高抽象级别， 并把分散 在各模块中的通讯协议处理功能集成在专门的通讯 模块中完成， 极大地加快了系统仿真的速度。
新 ｅｌ）： 是系 统 的 一 份 不 含 时 间 信 息 的 可 执 行 规 格 ， 描 述 系统的硬件和软件成分。模型接口用不含管脚细节的
ＵＴＦ 方式， 通常 描 述 通 讯 协 议 ； 模 型 功 能 也 用 ＵＴＦ 方
式， 行为用算法来建模， 且主要以顺序方式描述。此种
模型主要用于架构探索和算法验证。
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０２－ ２－ ０１９１－ ０３
片 ห้องสมุดไป่ตู้ 系 统 ＳＯＣ
片上系统设计中的事务级建模方法
Ｔｒａ ｎ ｓ ａ ｃｔｉｏ ｎ Ｌｅ ｖｅ ｌ Ｍｏ ｄ ｅ ｌｉｎ ｇ ｉｎ Ｓ ｏ Ｃ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ
（洛阳中国空空导弹研究院 ＥＤＡ 中心）石 晓 郁
设计分析。通过建立系统级的抽象模型， 执行仿真分
析和评估给出量化的指标， 从而对系统级的功能性能
作出正确的设计， 并在此基础上进行软硬件模块划分。
２ 模型层次
为便于后面叙述的方便， 这里先简要介绍一下系
《嵌入式系统应用精选 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － １９１ －
片上系统 ＳＯ Ｃ
ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ， ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ－ ｌｅｖｅｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｆｉｎａｌｌｙ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｙｓｔｅｍＣ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＳｏＣ， Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ， Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｐｌａｔｆｏｒ ｍ， ＳｙｓｔｅｍＣ， ＴＬＭ
所有这些都要求我们用跟以往大不相同的方式 看待电子系统的设计流程： 设计规格必须用形式化 的 、语 法 严 格 且 语 义 明 确 的 高 级 语 言 描 述 ； 从 系 统 的 顶层到底层的每一适当的抽象层次都采用合适的高 级语言建立相应的模型； 每一层次的模型都要进行验 证， 并可作为下一层次系统模型的参考模型和子模块 的测试平台。如此， 便可形成一系列可执行的设计规 格（ Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ）， 并将验证工作左移到 系 统设计的早期阶段， 从而达到消除设计规格的歧义性
软 件 工 程 师 可 以 使 用 处 理 器 指 令 集 仿 真 器 ＩＳＳ （Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）来测试程序， ＩＳＳ 使用总 线事 务访问外部设备， 总线事务通过总线功能模型连接到 硬件模型， 从而使软硬件测试过程无缝连接。以前的 总 线 功 能 模 型 是 ＰＣＡ， 相 应 的 硬 件 模 型 是 ＲＴＬ， 导 致 仿真速度很慢， 现在通过使用事务作为内部模块间通 信 的 方 式， 总 线 功 能 模 型 是 ＢＣＡ， 相 应 的 硬 件 模 型 是 ＴＬＭ， 软件模型、硬件模型和测试平台可以在较高的抽 象 级 连 接 成 整 体 ， 仿 真 速 度 快 １００ 倍 以 上 ， 并 可 在 设 计 周 期 中 更 早 的 阶 段 与 ＩＳＳ 一 起 作 为 软 件 运 行 的 平 台。具体可见示意图 １。
用的是传统的软件高级语言 Ｃ＋＋、Ｆｏｒｔｒａｎ 等 ， 而底层
的硬件设计用的是硬件描述语言 ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ， 这样
造成整个设计和验证流程不够顺畅， 各层次之间难以
做到无缝连接； 对于更复杂或运算量非常大的系统，
验证的速度尤其是软硬件联合仿真的速度太慢， 难以
进行有效的验证。上述问题的解决方法是： 规定软硬
＊ 系统性能模型 ＳＰＭ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍｏｄｅｌ）：
是系统的一份含时间信息的可执行规格， 描述系统的
硬件和软件成分。模型接口用不含管脚细节的 ＵＴＦ 或
ＴＦ 方式， 通常描述 通讯协议， 通 讯行为可以 是定时 的
但不一定达到周期精确； 模型功能可用 ＴＦ 或 ＵＴＦ 方
式， 行为用算法来建模， 顺序或并发方式都可以采用，
由于电子系统中相当部分的工作是由软件完成， 所以必须确保在应用环境下软硬件能够正确地协同 工作。以前软件中依赖于硬件的部分通常要等到样机 加工好后才能调试， 使得嵌入式软件的完整验证只能 在系统设计周期的后端进行， 此时发现的设计错误通 常要花费较高的修改代价， 特别是那些牵涉到软硬件 划分等系统层次的问题。
耗费时间， 时间只可能作为定序机制而使用。
＊ 定 时 功 能 ＴＦ（Ｔｉｍｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）： 可 用 于 模 型 的
接口和内部功能， 进程的执行和数据传输都都分配了
有限的时间。
＊ 总线周期精确 ＢＣＡ（Ｂｕｓ Ｃｙｃｌｅ Ａｃｃｕｒａｔｅ）： 仅用于
模型的接口， 而非内部功能， 定时精确到时钟周期， 通
的模板库和仿真内核构成， 并不断地扩充进有望成为
标 准 的 附 加 库 ， 如 验 证 库 ＳＣＶ、 事 务 级 建 模 库 ＴＬＭ
ＡＰＩ 等。
在基于 ＳｙｓｔｅｍＣ 的 系 统 级 建 模 和 验 证 流 程 中 ， 首
先在顶层建立较高抽象级的模型， 主要用于完成系统
控制与算法的设计分析， 进行物理架构的功能性能的
Ｓ ｈｉ，Ｘｉａｏｙｕ
摘要： 本 文 论 述 了 片 上 系 统 设 计 与 验 证 中 存 在 的 一 些 问 题 ， 如 系 统 架 构 探 索 与 评 估 、软 硬 件 协 同 仿 真 等 ， 介 绍 了 用 来 解 决 这
些 问 题 的 可 执 行 规 格 、可 执 行 平 台 、多 抽 象 层 次 混 合 建 模 与 验 证 等 较 新 的 观 念 和 方 法 ， 最 后 着 重 介 绍 了 基 于 软 硬 件 统 一 的
石晓郁： 工程师
和及早发现较高层次的设计错误的目的。
术
创 目 前 国 际 上 已 普 遍 做 到 用 高 级 语 言 来 进 行 系 统
的规格描述和底层实现， 从而形成从系统顶层到底层
新 的一系列可验证的模型； 软件与硬件的相互验证不必
等到实物样机加工好再进行， 而是与硬件的 ＲＴＬ 模型
联合仿真。其存在的主要问题有： 顶层设计如算法等
同时用于模型的接口和内部功能， 所有的事情都被安
技 排了时间， 时钟用于同步， 需要做完整的详细的功能 说明， 每个寄存器、每条总线、每一位在每个周期的行
术 为都有描述， 能够直接被逻辑综合器综合成硬件实 现， 等同于 ＲＴＬ 模型。
创
应用类型可分为：
＊ 系 统 架 构 模 型 ＳＡＭ （Ｓｙｓｔｅｍ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｍｏｄ－
建 模 语 言 ＳｙｓｔｅｍＣ 的 事 务 级 建 模 方 法 。
关键词： 片上系统；可执行规格；可执行平台；ＳｙｓｔｅｍＣ；事务级建模
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２５３
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｄｄｒｅｓｓｅｓ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ＳｏＣ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｏｍｅ ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ
常与系统时钟相关， 不引入管脚级的细节， 信息传输
通常以事务的方式建模。
＊ 管脚周期精确 ＰＣＡ（Ｐｉｎ Ｃｙｃｌｅ Ａｃｃｕｒａｔｅ）： 仅用于
模型的接口， 而非内部功能， 定时精确到时钟周期， 通
常与系统时钟相关， 描述精确到管脚级。
＊ 寄存器传输精确 ＲＴ（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｃｃｕｒａｔｅ）：
但不必是周期精确的。
＊ 功 能 模 型 （Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍｏｄｅｌ）： 指 抽 象 级 别 在
ＴＬＭ 之上的模型， 包括 ＳＡＭ 和 ＳＰＭ。
＊ 系统级模型（Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｅｖｅｌ Ｍｏｄｅｌ）： 指抽象级别在
ＲＴＬ 之上的模型， 包括 ＳＡＭ、ＳＰＭ 和 ＴＬＭ。
３ 事务级建模方法 ＴＬＭ
技
１ 系统级设计与验证简介
片上电子系统的速度和复杂度的不断提高不仅 使得底层的设计实现易于出问题， 而且顶层的系统架 构、通讯机制、软硬件划分等都可能使系统的功能 、性 能或成本、开发周期等指标不满足要求。一旦在 底层 的实现阶段发现了这种顶层的设计问题， 会有大量的 设计工作重新进行； 此外， 工程师对设计规格的理解 偏差， 或设计规格本身的不完整及二义性也是造成设 计错误的原因之一； 底层硬件的设计在验证时需要大 量的输入激励和检验响应， 在信号级完成这样的工作 不但速度很慢而且容易遗漏。
片 上 系 统 ＳＯＣ
供参考模型和验证平台； 可以作为软件开发的平台， 优化软硬件划分方案。所以事务级的系统硬件可执行 规格又称为可执行平台 ＥＰ（ Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ）。它 是架构精确的， 为软件开发和模块级的验证提供一个 快速全功能的环境。当 ＥＰ 作为底层 ＲＴＬ 模块的测试 平台时， 需要将相应的 ＴＬＭ 模块替换为目标 ＲＴＬ 模 块 与 ｔｒａｎｓａｃｔｏｒ 的 组 合 ， ｔｒａｎｓａｃｔｏｒ 是 ＳｙｓｔｅｍＣ 的 术 语 ， 作用是将一种抽象级的接口转换为另一种抽象级的 接口。
件设计和验证统一的高级描述语言； 规范抽象方式和
级别， 特别是在 ＲＴＬ 之上规范硬件平台的建模方法。
国际上 ＥＤＡ 界经过几年的发展与讨论， 公认最有
前 途 成 为 电 子 系 统 设 计 与 验 证 统 一 语 言 的 就 是 Ｓｙｓ－
ｔｅｍＣ， 它是在 Ｃ＋＋的基础上加上 一套适合于 硬件描述
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（嵌 入 式 与 Ｓ Ｏ Ｃ ）２００６ 年 第 ２２ 卷 第 ２－２ 期
统建模的几种抽象方式和应用类型。
抽象方式可分为：
＊ 非 定 时 功 能 ＵＴＦ（ＵｎＴｉｍｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）： 可 用 于
模型的接口和内部功能， 进程的执行和数据传输都不
定时不是周期精确的。此种模型主要用于高层次性能
建模和时间预算。
＊ 事务级模型 ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｍｏｄｅｌ）： 用于
建模可执行的平台， 通常只描述硬件。模型接口用不
含管脚细节的 ＴＦ 方式， 可以是也可以不是周期精确
的 ， 数 据 传 输 用 事 务 方 式 建 模 ； 模 型 功 能 用 ＴＦ 方 式 ，
图 １ 由 ＴＬＭ 构成的可执行平台
在 ＴＬＭ 级实现可执 行 的 规 格 有 助 于 进 行 系 统 架 构的性 能分析， 探 索 不 同 的 架 构 方 案 ； 为 ＲＴＬ 设 计 提
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事务级建模方法 ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ） 是为了解决以下问题而发展起来的， 这些问题包括提
供软件开发的早期平台； 系统架构探索与验证； 系统 级模型在模块级验证中的应用。它用于建模可执行的 平台， 通常只描述硬件。
所谓事务， 一方面指把低层次的信息传输组合成 的较高级别的传输， 比如把读写一大块数据作为一个 事务， 它包含总线上的若干次突发传输， 每个突发传 输又会包含地址连续的多个数据传输； 另一方面指不 牵涉具体的信号， 而是把传输中涉及到的信息分类作 为整体表示。事务级建模方法把模块的功能和模块间 的通讯分开建模， 模块间通讯用事务来表示， 接口用 不 含 管 脚 细 节 的 ＴＦ 方 式 ， 功 能 也 用 ＴＦ 方 式 ， 是 否 周 期精确根据需要而定。通过提高抽象级别， 并把分散 在各模块中的通讯协议处理功能集成在专门的通讯 模块中完成， 极大地加快了系统仿真的速度。
新 ｅｌ）： 是系 统 的 一 份 不 含 时 间 信 息 的 可 执 行 规 格 ， 描 述 系统的硬件和软件成分。模型接口用不含管脚细节的
ＵＴＦ 方式， 通常 描 述 通 讯 协 议 ； 模 型 功 能 也 用 ＵＴＦ 方
式， 行为用算法来建模， 且主要以顺序方式描述。此种
模型主要用于架构探索和算法验证。
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０２－ ２－ ０１９１－ ０３
片 ห้องสมุดไป่ตู้ 系 统 ＳＯＣ
片上系统设计中的事务级建模方法
Ｔｒａ ｎ ｓ ａ ｃｔｉｏ ｎ Ｌｅ ｖｅ ｌ Ｍｏ ｄ ｅ ｌｉｎ ｇ ｉｎ Ｓ ｏ Ｃ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ
（洛阳中国空空导弹研究院 ＥＤＡ 中心）石 晓 郁
设计分析。通过建立系统级的抽象模型， 执行仿真分
析和评估给出量化的指标， 从而对系统级的功能性能
作出正确的设计， 并在此基础上进行软硬件模块划分。
２ 模型层次
为便于后面叙述的方便， 这里先简要介绍一下系
《嵌入式系统应用精选 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － １９１ －
片上系统 ＳＯ Ｃ
ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ， ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ－ ｌｅｖｅｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｆｉｎａｌｌｙ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｙｓｔｅｍＣ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ＳｏＣ， Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ， Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｐｌａｔｆｏｒ ｍ， ＳｙｓｔｅｍＣ， ＴＬＭ
所有这些都要求我们用跟以往大不相同的方式 看待电子系统的设计流程： 设计规格必须用形式化 的 、语 法 严 格 且 语 义 明 确 的 高 级 语 言 描 述 ； 从 系 统 的 顶层到底层的每一适当的抽象层次都采用合适的高 级语言建立相应的模型； 每一层次的模型都要进行验 证， 并可作为下一层次系统模型的参考模型和子模块 的测试平台。如此， 便可形成一系列可执行的设计规 格（ Ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ）， 并将验证工作左移到 系 统设计的早期阶段， 从而达到消除设计规格的歧义性
软 件 工 程 师 可 以 使 用 处 理 器 指 令 集 仿 真 器 ＩＳＳ （Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）来测试程序， ＩＳＳ 使用总 线事 务访问外部设备， 总线事务通过总线功能模型连接到 硬件模型， 从而使软硬件测试过程无缝连接。以前的 总 线 功 能 模 型 是 ＰＣＡ， 相 应 的 硬 件 模 型 是 ＲＴＬ， 导 致 仿真速度很慢， 现在通过使用事务作为内部模块间通 信 的 方 式， 总 线 功 能 模 型 是 ＢＣＡ， 相 应 的 硬 件 模 型 是 ＴＬＭ， 软件模型、硬件模型和测试平台可以在较高的抽 象 级 连 接 成 整 体 ， 仿 真 速 度 快 １００ 倍 以 上 ， 并 可 在 设 计 周 期 中 更 早 的 阶 段 与 ＩＳＳ 一 起 作 为 软 件 运 行 的 平 台。具体可见示意图 １。
用的是传统的软件高级语言 Ｃ＋＋、Ｆｏｒｔｒａｎ 等 ， 而底层
的硬件设计用的是硬件描述语言 ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ， 这样
造成整个设计和验证流程不够顺畅， 各层次之间难以
做到无缝连接； 对于更复杂或运算量非常大的系统，
验证的速度尤其是软硬件联合仿真的速度太慢， 难以
进行有效的验证。上述问题的解决方法是： 规定软硬
＊ 系统性能模型 ＳＰＭ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍｏｄｅｌ）：
是系统的一份含时间信息的可执行规格， 描述系统的
硬件和软件成分。模型接口用不含管脚细节的 ＵＴＦ 或
ＴＦ 方式， 通常描述 通讯协议， 通 讯行为可以 是定时 的
但不一定达到周期精确； 模型功能可用 ＴＦ 或 ＵＴＦ 方
式， 行为用算法来建模， 顺序或并发方式都可以采用，
由于电子系统中相当部分的工作是由软件完成， 所以必须确保在应用环境下软硬件能够正确地协同 工作。以前软件中依赖于硬件的部分通常要等到样机 加工好后才能调试， 使得嵌入式软件的完整验证只能 在系统设计周期的后端进行， 此时发现的设计错误通 常要花费较高的修改代价， 特别是那些牵涉到软硬件 划分等系统层次的问题。
耗费时间， 时间只可能作为定序机制而使用。
＊ 定 时 功 能 ＴＦ（Ｔｉｍｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）： 可 用 于 模 型 的
接口和内部功能， 进程的执行和数据传输都都分配了
有限的时间。
＊ 总线周期精确 ＢＣＡ（Ｂｕｓ Ｃｙｃｌｅ Ａｃｃｕｒａｔｅ）： 仅用于
模型的接口， 而非内部功能， 定时精确到时钟周期， 通
的模板库和仿真内核构成， 并不断地扩充进有望成为
标 准 的 附 加 库 ， 如 验 证 库 ＳＣＶ、 事 务 级 建 模 库 ＴＬＭ
ＡＰＩ 等。
在基于 ＳｙｓｔｅｍＣ 的 系 统 级 建 模 和 验 证 流 程 中 ， 首
先在顶层建立较高抽象级的模型， 主要用于完成系统
控制与算法的设计分析， 进行物理架构的功能性能的
Ｓ ｈｉ，Ｘｉａｏｙｕ
摘要： 本 文 论 述 了 片 上 系 统 设 计 与 验 证 中 存 在 的 一 些 问 题 ， 如 系 统 架 构 探 索 与 评 估 、软 硬 件 协 同 仿 真 等 ， 介 绍 了 用 来 解 决 这
些 问 题 的 可 执 行 规 格 、可 执 行 平 台 、多 抽 象 层 次 混 合 建 模 与 验 证 等 较 新 的 观 念 和 方 法 ， 最 后 着 重 介 绍 了 基 于 软 硬 件 统 一 的
石晓郁： 工程师
和及早发现较高层次的设计错误的目的。
术
创 目 前 国 际 上 已 普 遍 做 到 用 高 级 语 言 来 进 行 系 统
的规格描述和底层实现， 从而形成从系统顶层到底层
新 的一系列可验证的模型； 软件与硬件的相互验证不必
等到实物样机加工好再进行， 而是与硬件的 ＲＴＬ 模型
联合仿真。其存在的主要问题有： 顶层设计如算法等
同时用于模型的接口和内部功能， 所有的事情都被安
技 排了时间， 时钟用于同步， 需要做完整的详细的功能 说明， 每个寄存器、每条总线、每一位在每个周期的行
术 为都有描述， 能够直接被逻辑综合器综合成硬件实 现， 等同于 ＲＴＬ 模型。
创
应用类型可分为：
＊ 系 统 架 构 模 型 ＳＡＭ （Ｓｙｓｔｅｍ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｍｏｄ－
建 模 语 言 ＳｙｓｔｅｍＣ 的 事 务 级 建 模 方 法 。
关键词： 片上系统；可执行规格；可执行平台；ＳｙｓｔｅｍＣ；事务级建模
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２５３
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｄｄｒｅｓｓｅｓ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ＳｏＣ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｏｍｅ ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ