04/junho/2014

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Introdução

Plataformas Virtuais

OVP◦ Conceitos◦ APIs◦ Modelos de processadores◦ Exemplos

HeMPS OVP

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Desenvolvimento de um projeto SoC é altamente complexo◦ Otimização de energia◦ Testabilidade◦ Verificação◦ Time-to-market

Proposto uso de PBDs (Platform Based Design)◦ Reduzir os riscos no desenvolvimento◦ Diminuir os custos do projeto◦ Menor tempo

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Usa-se modelagem em nível de sistema◦ Descrever aspectos de hardware em alto nível de abstração◦ Detalhes desnecessários aos modelos podem ser ocultados

Descrição em software◦ Simulações mais rápidas◦ Facilidade na descoberta de erros

Fornecimento de estimativas que auxiliam na tomada de decisões no decorrer do projeto

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Plataformas Virtuais

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Possibilita o desenvolvimento paralelo de Hardware e Software

Descreve-se um conjunto de modelos de hardware, representam um sistema completo

Análise antecipada de problemas de projeto◦ Consumo de energia◦ Tráfego de barramento◦ Uso de memória◦ Eficiência dos componentes◦ Desempenho do sistema

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Benefícios ◦ Menor Custo de Desenvolvimento◦ Aumento da Qualidade ◦ Redução de riscos envolvidos com o Desenvolvimento de

Software

Simulação de um hardware real

Integração do hardware com o software é feita desde o início do processo de implementação

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São parametrizáveis◦ Tamanho da memória◦ Profundidade de buffer◦ Tipos de processadores◦ Periféricos

Projetistas de Hardware configuram a plataforma virtual e disponibilizam para os engenheiros de software

Tempo de desenvolvimento do produto é reduzido significativamente

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OVP

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Desenvolvida em 2008

Ferramenta open source, flexível e com licença para 90 dias

Simulação rápida

Configuração de plataformas homogêneas e heterogêneas é simples

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Três componentes básicos◦ OVP models

Consiste em um grupo de modelos de processadores que são disponibilizados gratuitamente para serem usados

◦ OVP APIs Possibilitam a descrição do comportamento de

processadores e periféricos para gerar plataformas virtuais. As APIs são escritas em linguagem C/C++

OVP é composto por quatro APIs

◦ OVPsim Ferramenta utilizada para gerar os simuladores das

plataformas descritas com as APIs

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Modelos

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OVP contém mais de 75 modelos de processadores

Modelos disponíveis na página do OVP para download

Cada modelo contém seu crosscompiler, deve-se baixar o toolchain do modelo requerido

Toolchain está disponível para download na mesma seção do seu modelo, no site do OVP

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Principais modelos

◦ ARC (Argonaut Risc Core)

◦ MIPS (Microprocessor Interlocked Pipeline Stages)

◦ ARM (Advanced Risc Machine)

◦ PPC (PowerPC)

◦ OpenRISC (OpenCores)

◦ Renesas

◦ Xilinx Microblaze

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ARC◦ Fabricado pela empresa Synopsys◦ Automação de projetos eletrônicos

OVP contém três famílias de processadores 32-bits ARC 600 ARC 700 ARC EM

Contém soluções para otimização de codecs para aplicações Áudio/Vídeo

ARC Audio ARC Video

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MIPS

◦ Atua no mercado de semicondutores por mais de duas décadas

◦ Soluções para aplicações gráficas, vídeo, entretenimento, comunicações (VoIP) e redes

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MIPS◦ OVP contém duas famílias

MIPS 32 MIPS 64

◦ Adaptados novos modelos MIPS 32 OR1K MIPS 32 Aptiv MIPS M14K

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ARM

◦ Utiliza tecnologia avançada para produtos digitais, wireless, rede, entretenimento, automotivo, segurança e dispositivos de armazenamento

◦ Aproximadamente 20 bilhões de chips no mercado

◦ Microprocessadores RISC

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ARM

◦ OVP contém duas famílias ARM Classic Cortex

◦ Classic ARM4-11

◦ Cortex Cortex-A, Cortex-R e Cortex-M

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PowerPC

◦ No mercado desde 1990

◦ Sociedade entre Motorola, IBM e Apple

◦ Utilizado no mercado automotivo, infraestruturas wireless e servidores

◦ Computação para propósito geral

◦ OVP contém um modelo mpc82x

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OpenRISC

◦ Fabricado pela OpenCores

◦ Maior desenvolvedor de processadores open source.

◦ OVP contém um modelo de processamento OpenRISC OR1K

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Renesas

◦ Fabricado pela Renesas Electronics

◦ Atua na área de micro controladores, sistemas automotivos e dispositivos de potência

◦ Microprocessadores de 32 e 16 bits

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Renesas

◦ OVP contém três famílias V850 M16C R8C

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Xilinx MicroBlaze

◦ Atua no segmento de FPGAs, SoCs e circuitos 3D

◦ MicroBlaze é um RISC de 32 bits com arquitetura Harvard Acessa a memória de dados separadamente da memória de

programa

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APIs

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ICM (Innovative CPU Manager)

◦ API responsável pela configuração da plataforma

◦ As funções da ICM são responsáveis por instanciar todos os componentes do sistema Processadores Memórias Periféricos

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1. #include “icm/icmCpuManager.h” 2. 3. int main(int argc, char ** argv) { 4. … 5. // initialize CpuManager 6. icmInit(0,0,0); 7. … 8. icmProcessorP processor = icmNewProcessor( 9. “cpu1”, // CPU name 10. “or1k”, // CPU type 11. 0, // CPU Id 12. 0, // CPU model flags 13. 32, // address bits 14. model, // model file 15. “modelAttrs”, // morpher attributes 16. 0, // enable tracing etc 17. 0, // user-defined attributes 18. semihosting, // semi-hosting files 19. “modelAttrs” // semi-hosting attributes 20. }; 21. 22. // load the processor object file 23. icmLoadProcessorMemory(processor, argv[1], False, False, True); 24. 25. // run simulation 26. icmSimulatePlatform(); 27. 28. // terminated simulation 29. icmTerminated(); 30. 31. return 0; 32.}

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VMI (Virtual Machine Interface)

◦ A VMI é utilizada para realizar a descrição do processador

◦ Descreve-se instruções do processador

◦ Pode-se criar novos modelos de processadores

◦ Suporta RISC e CISC

◦ Suporta qualquer formato de instruções

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VMI (Virtual Machine Interface)

◦ Principais características do VMI Instruções de decode Instruções de comportamento Cache L1 Tratamento de exceções Controle Assíncronos

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PPM e BHM◦ PPM (Peripherals Models) ◦ BHM (Behavioral Models)

◦ São utilizados para descrição de modelos de comportamento em hardware e software que sejam periféricos ao processador

◦ Estes modelos executam em um ambiente protegido, sem comprometer a simulação

◦ São executados no PSE (Peripheral Simulation Engines)

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BHM◦ Modelagem de

comportamento◦ Processos, eventos, delays◦ Inicializa processos◦ Aguarda por evento ou tempo◦ Debug através de output

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PPM◦ Modelagem de periféricos◦ Interface com a plataforma◦ Conexão com barramento◦ Conexão com a rede

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PPM e BHM

◦ Modelos descritos com esta API devem ser compilados com um toolchain PSE.

◦ Conceitos similares ao SystemC

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1. #include “bhm.h” 2. 3. bhmThreadHandler thA, thB; 4. 5. #define size (64*1024) 6. 7. char stackA[size]; 8. char stackA[size]; 9. 10.void myThread(void *user) 11.{ 12. char *string = user; 13. while(1) { 14. bhmWaitDelay(1000*1000); 15. bhmPrintf(“%s\n”, string); 16. } 17.} 18. 19.void userInit(void) 20.{ 21. struct myThreadContext contextA; 21. struct myThreadContext contextB; 22. 23. thA = bhmCreateThread(myThread, “user”, “threadA”, &stackA[size]); 23. thB = bhmCreateThread(myThread, “user”, “threadB”, &stackB[size]); 23.}

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Instalação do Modelo

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Modelos e seus toolchains são encontrados na página do OVP

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ExemploSingle Processor

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ExemploMultiProcessor

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HeMPS OVP

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Níveis de abstração◦ VHDL◦ SystemC◦OVP

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OVP (NoC and CPU) - simulação sem noção de tempo

+ menos tempo de simulção+ maior debugabilidade+ flexibilidade de modelagem

Drivers developmentValidation of adaptative techniquesOS and application porting

Software validation

Real software execution

RTL SystemC NoC + ISS (CPU) + plataforma com precisão de clock

tempo de simulação intermediário

- menor debugabilidade

RTL VHDL implementation+ plataforma com precisão de clock+ noção de área e power- maior tempo de simulação

- menos debugabilidade

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Exemplo prático da HeMPS

S2

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dijkstra app

S1

Div

Div

1

Dijk_1

Dijk_2

<n>

2

Dijk_1

Dijk_2

<n>

Exec Dijkstra

Alg.

Dijk_1

Dijk_2

<n>

DivRetorna

resultado calculado

Imprime as saídas na medida em que os resultados chegam

4 5

3

1 2 ... n3 4 ... n

...n 6 ... n

1 2 ... n3 4 ... n

...n 6 ... n

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HeMPS SC vs OVP

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Dúvidas?