System C特點(diǎn)及FPGA設(shè)計(jì)

一、概述 　　

SYSTEM C 是由 Synospy Inc. 提出的，目前最新的版本為V2.0。它提出的目的就是以一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它將軟件算法與硬件實(shí)現(xiàn)很好的結(jié)合在一起，提高了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率和正確性。
　　
System C 是一個(gè)C++ 庫(kù)，也是一種使設(shè)計(jì)者可以有效地設(shè)計(jì)出一個(gè)軟件算法的準(zhǔn)確循環(huán)模型，硬件結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的方法。 設(shè)計(jì)者可以用System C開(kāi)發(fā)工具或在標(biāo)準(zhǔn)C++開(kāi)發(fā)工具中加如System C庫(kù)制作系統(tǒng)級(jí)模型，快速地仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及研究不同的算法，并且為硬件和軟件設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可執(zhí)行規(guī)范?？蓤?zhí)行規(guī)范本質(zhì)上是一個(gè)C++程序，它顯示了和設(shè)計(jì)系統(tǒng)同樣的性能，為軟件設(shè)計(jì)人員和硬件設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。
　　
System C 庫(kù)提供了創(chuàng)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的必須結(jié)構(gòu)，包括那些在C++沒(méi)有的功能如硬件時(shí)序，并行和觸發(fā)功能。C++這種面對(duì)象語(yǔ)言提供了通過(guò)增加類(lèi)來(lái)擴(kuò)展語(yǔ)言的能力，而這種能力是C語(yǔ)言所不具備的。因此，System C使用大家熟悉的C++語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具。
　　
二、SYSTEM C的特點(diǎn)
　　
System C 支持對(duì)硬件和軟件的聯(lián)合設(shè)計(jì)，支持描述一個(gè)既包含硬件部分也包含軟件部分的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它也支持對(duì)接口的描述，有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：
　　
1．System C可以為軟件設(shè)計(jì)人員和硬件設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)系統(tǒng)的可執(zhí)行規(guī)范。設(shè)計(jì)人員使用該可執(zhí)行規(guī)范可以避免設(shè)計(jì)中矛盾和錯(cuò)誤的產(chǎn)生，并確保設(shè)計(jì)的完備性。這是應(yīng)為在設(shè)計(jì)可執(zhí)行規(guī)范時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須設(shè)計(jì)出也一個(gè)和系統(tǒng)具有同樣工作狀態(tài)的程序，通過(guò)這個(gè)程序可以發(fā)掘出潛在的矛盾和錯(cuò)誤，并將這些矛盾和錯(cuò)誤消除在整個(gè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段，而不是在整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試階段才發(fā)現(xiàn)和解決這些矛盾和錯(cuò)誤。這個(gè)程序還可以幫助設(shè)計(jì)者確保整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完備性。
　　
2．設(shè)計(jì)人員利用這個(gè)可執(zhí)行的系統(tǒng)規(guī)范，還可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中概念模糊的地方。無(wú)論什么時(shí)候，設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生疑惑，就可以運(yùn)行這個(gè)可執(zhí)行程序以明確在這個(gè)問(wèn)題上系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員是如何處理的，從而確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。而現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法不能使設(shè)計(jì)人員方便迅速的解決這些疑惑。甚至這些疑惑是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員也不曾考慮過(guò)，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　
3．在系統(tǒng)設(shè)計(jì)被實(shí)現(xiàn)以前，設(shè)計(jì)人員還可以通過(guò)用System C設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可執(zhí)行規(guī)范來(lái)驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這樣可以避免由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的失誤，而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不能達(dá)到要求?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法不能提供這樣的手段在設(shè)計(jì)完成前進(jìn)行系統(tǒng)的驗(yàn)證，對(duì)系統(tǒng)的驗(yàn)證必須是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后。即使在完成前進(jìn)行驗(yàn)證，由于不能完全模擬實(shí)際系統(tǒng)的工作，其結(jié)果也只能作為一種參考。
　　
4．System C設(shè)計(jì)的可執(zhí)行規(guī)范所使用的TESTBENCH文件可以通過(guò)小范圍的修改或直接用在實(shí)現(xiàn)后的系統(tǒng)仿真。這就為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人員帶來(lái)很大的好處，他們不必花很多的時(shí)間去編寫(xiě)用來(lái)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)后系統(tǒng)正確性的TESTBENCH文件。而現(xiàn)在采用的設(shè)計(jì)方法所使用的TESTBENCH文件卻沒(méi)有提供這樣的便利條件。這是應(yīng)為軟件設(shè)計(jì)人員和硬件設(shè)計(jì)人員兩者的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段都是不同的，一個(gè)軟件設(shè)計(jì)人員所使用的TESTBENCH文件并不能被硬件設(shè)計(jì)人員使用，甚至不能給硬件設(shè)計(jì)人員任何幫助。
　　
三、SYSTEM C設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)比較
　　
現(xiàn)在的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是由系統(tǒng)工程師用C語(yǔ)言或C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)出一個(gè)系統(tǒng)模型，并在系統(tǒng)級(jí)層次上檢驗(yàn)概念和算法。當(dāng)這些概念和算法被檢驗(yàn)為正確無(wú)誤時(shí)，C/C++模塊被分解為功能相對(duì)獨(dú)立的子模塊。這些相對(duì)對(duì)立的子模塊由硬件設(shè)計(jì)人員手工地轉(zhuǎn)化為VHDL或Verilog語(yǔ)言用以硬件實(shí)現(xiàn)。這一個(gè)設(shè)計(jì)流程被顯示在圖1中。
　　

圖1

　　
從圖1所示的設(shè)計(jì)流程中我們可以發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：

1．人工將CC++程序轉(zhuǎn)換為HDL程序容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。在現(xiàn)在的這種設(shè)計(jì)方法中，系統(tǒng)工程師先按期望的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)C模塊，并驗(yàn)證這個(gè)模塊使其達(dá)到期望的設(shè)計(jì)要求。然后系統(tǒng)工程師所設(shè)計(jì)的C模塊被硬件設(shè)計(jì)人員手工轉(zhuǎn)換為HDL模塊。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不僅容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，而且還很浪費(fèi)時(shí)間。這是因?yàn)镃C++語(yǔ)言和HDL語(yǔ)言有著顯著的區(qū)別。首先，HDL的處理方式比CC++的復(fù)雜。CC++程序采用順序執(zhí)行的處理方式，而HDL程序中既有順序執(zhí)行也有并行執(zhí)行的處理方式。要將CC++程序轉(zhuǎn)化為HDL程序必然要引入一些控制信號(hào)，由這些信號(hào)控制HDL程序的運(yùn)行，但這樣也容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。其次，CC++語(yǔ)言不涉及到時(shí)序關(guān)系。由于CC++語(yǔ)言不支持對(duì)時(shí)序的描述，系統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型只是驗(yàn)證了概念和算法，而只能對(duì)時(shí)間耗費(fèi)上有一個(gè)大概的估計(jì)。這就使得硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，為滿(mǎn)足系統(tǒng)在時(shí)間上的要求，硬件設(shè)計(jì)人員必須對(duì)軟件算法進(jìn)行一定的改造或優(yōu)化。而這些改造或優(yōu)化也有可能引入各種錯(cuò)誤。
　　
2．系統(tǒng)模塊和HDL模塊間缺乏聯(lián)系。當(dāng)系統(tǒng)模塊被轉(zhuǎn)換為HDL模塊后，HDL模塊成為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。為適應(yīng)硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，硬件設(shè)計(jì)人員會(huì)更改系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)，但這種更改只是在HDL模塊中進(jìn)行，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的C模塊并沒(méi)有因此更改。這就使得系統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)的C模塊和當(dāng)前硬件設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的HDL模塊缺乏必要的聯(lián)系。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)人
員遇到概念模糊或理解錯(cuò)誤的地方時(shí)，往往不能馬上從C模塊中得到明確的解答。此時(shí)，C模塊的設(shè)計(jì)人員也不一定能為HDL設(shè)計(jì)人員提供有效的幫助。