Mini Curso PDesigner. 2 Agenda Introdução Principais desafios para o projeto de SoCs IP Cores...
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Mini Curso PDesigner
3
Cenário
Design House Oportunidade Especificação Circuito Integrado
4
Janela de Mercado
5
Projeto, Fabricação e Comercialização de CIs
DH
PROJETO
FAB 1
FABRICAÇÃO TESTE MERCADO
FAB 2
Permite negociar preço e prazo !!
99% erros !!
1% erros !!Erro: volta !!
7
System
Aumento da Produtividade I
Circuito Integrado
FUNC
BEH
RTL
GATE
Espeificação do Sistema
NíveisAbstração
Subir nível de abstração
8
Linguagens de Projeto & Tarefas
LanguageLanguageTaskTask
RequirementsRequirements
AlgorithmAlgorithmExplorationExploration
Architecture Architecture AnalysisAnalysis
VerificationVerification
RTL DesignRTL Design
Text / UMLText / UML
TransactionTransactionLevelLevel
SystemCSystemC
VHDLVHDLVerilogVerilog
HVLs extend & accelerate theRTL design process and enable RTL designers to cross
the chasm to system level design
AssertionsAssertionsPSL/SVAPSL/SVA
SystemSystemVerilogVerilog
C/C++C/C++UntimedUntimedSystemCSystemC
9
SystemC TLM – Arquitetura Básica
InitiatorTarget
sc_portsc_port sc_exportsc_exporttlm_transport_iftlm_transport_if
transport(.)transport(.)
transport()
tlm_transport_ifvirtual RSP transport( const REQ & ) = 0;
transport(.)
• sc_export exports tlm_transport_if for use by outside world
• RSP transport( const REQ & ) is implemented in the slave
• tlm_transport_if is the tlm bidirectional blocking interface
template < typename REQ , typename RSP >class tlm_transport_if : public virtual sc_interface{public: virtual RSP transport( const REQ & ) = 0;
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SystemC TLM (Transaction Level Modeling)
• Comunicação utilizando chamada de funções• Pontos Fortes:
– Simplicidade– Rápido e compacto– Integração de modelos de hardware e software – Suporte a reuso de design e verificação de IP– Usabilidade– Transparente a:
• Nível de Abstração• Diferentes arquiteturas de comunicação (barramento, NOC, ...)• Diferentes protocolos
• Principais conceitos:– Fluxo de dados Unidirecional x Bidirecional– Requisições e respostas separadas– Blocking x Nonblocking– Uso de sc_port e sc_export
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Aumento da Produtividade II
• Reuso de IPs
• Grande parte do projeto baseado em reuso de módulos
• Uso de IPs de terceiros
• Confiança no desenvolvedor do IP
• Problemas de integração
Interconnection network
CPU CPU CPU CPU
Memory (IP) (IP)
12
Aumento da Produtividade III
• Utilização de Plataformas
• Grande parte do projeto em software
• Flexibilidade
• Reuso de grande parte do circuito
• Desenvolvimento ou utilização de IPs em pequena parte do projeto
Interconnection network
CPU CPU CPU CPU
Memory (IP) (IP)
SPIRIT Consortium
19
SPIRIT Consortium
20
SPIRIT
• Padrão definido por um consórcio de empresas para distribuição de IPs
• Baseado em XML
• Descrição de IPs independente de linguagem
21
SPIRIT
22
SPIRIT Consortium
23
Interações de Objetos IP-XACT
24
SPIRIT Schemas
• Bus definition: descreve uma interface de barramento (nomes de sinais, direção, largura, uso) e as restrições que se aplicam a estes sinais
• Meta Data: é um modo que pode ser interpretado por ferramentas para se descrever diversos aspectos do projeto
• Design: descreve as instâncias de um componente e as interconexões entre as instâncias
• Gerador/Configurador: são objetos executáveis utilizados para gerar os componentes ou configurá-los
25
Exemplo Simples de um SoC
26
Exemplo Simples de um SoC: Design File
Identificador da versão
Nome do SoCNome da Biblioteca
27
Exemplo Simples de um SoC: Design File
28
Exemplo Simples de um SoC: Design File
PDesigner
30
Framework
SPIRIT 1.2
web page
31
Modelagem de Plataformas
• Modelagem gráfica de plataformas
• Framework baseado no Eclipse
• Ambiente Gráfico• SPIRIT 1.2• SystemC 2.1
32
Simulação de Plataformas
• Tela de Console com resultados da simulação
• Controle de Simulação– Parar simulação
MPSoC
execute
EXE
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Exploração de Arquiteturas
• Simulação em um único passo
• Integrado ao Ambiente de modelagem de plataformas (PBuilder)
Model the Platfom(Including cache analyzer component)
Platfom Simulation
Trace of referenced addresses
Single-PassCache Analysis
Cache Configuration Space
Cache miss rate reportfor the entire Configuration space
Configure cache devices
Final Platform Simulation
34
Modelagem de Processadores
• Modelagem de Processadores
• ArchC 2.0• Exporta componentes para
o PBuilder
Export to Library
ISAproc.
Structure
ISS
component Library
Generate Simulator
DescriçãoProcessador
GeraçãoProcessador
35
Modelagem de Plataformas: PBuilder
Graphical Editor
Properties View
Platform View
Palette
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PBuilder - Views
• PEditor– Editor que possibilita a modelagem de plataformas
graficamente– Componentes da biblioteca distribuídos na paleta de
componentes
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Conexão de Componentes
Mips Simple Bus
ArchC (TLM)
Simple Bus FastMem
SimpleBus (TLM) SimpleBus (TLM)
SimpleBus (TLM)Wrapper
ArchC - SimpleBus
38
PBuilder - Views
• Platform View– Miniatura da plataforma
modelada
• Outline– Lista de componentes
instanciados
39
PDBuilder - Views
• Properties– Tabela editável
com as propriedades do componente/plataforma selecionada
• Console– Mostra
resultado de compilação, simulação e análise
40
Biblioteca de Componentes: PDLibrary
Biblioteca de Componentes•Wrappers
•Adicionar Componente•Remover Componente
SystemC TLM
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Distribuição de IP: IPZip
Descrição do IP
TLM
IPZip (Wizards) Biblioteca de Componentes
Descrição do IP
TLM
IPZip (Wizards)
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Plugin IPZip
• Wizard de geração de distribuição de componente
• Gera pacote de distribuição com arquivos de configuração SPIRIT a partir da descrição alto nível do componente
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Fluxo de Distribuição do IPZip
/******************************************************************//* The ArchC MIPS-I functional model.
*//* Author: Sandro Rigo and Marcus Bartholomeu
*//*
*//* ... *//*
*//* The ArchC Team *//* Computer Systems Laboratory (LSC)
*//* IC-UNICAMP *//* http://www.lsc.ic.unicamp.br
*//* Version: 0.75 *//*****************************************************************/
template<typename ac_word, typename ac_Hword> class ac_memport : public ac_arch_ref<ac_word, ac_Hword> {
private: ac_inout_if* storage; ac_word aux_word; ac_Hword aux_Hword; uint8_t aux_byte;public:... ///Default constructor explicit ac_memport(ac_arch<ac_word, ac_Hword>& ref) : ac_arch_ref<ac_word, ac_Hword>(ref) {}... ///Default constructor with initialization explicit ac_memport(ac_arch<ac_word, ac_Hword>& ref, ac_inout_if& stg) : ac_arch_ref<ac_word, ac_Hword>(ref), storage(&stg\) {}
class simple_bus_fast_mem : public simple_bus_slave_if , public sc_module{public: // constructor simple_bus_fast_mem(sc_module_name name_ , unsigned int start_address , unsigned int end_address) : sc_module(name_) , m_start_address(start_address) , m_end_address(end_address) {... private: char * MEM; unsigned int m_start_address; unsigned int m_end_address;}
• Cycle Accurate• Timing Estimated• Untimed• RTL• Verilog
#include "mips1.H"...
const char *project_name="mips1";const char *project_file="mips1.ac";...int sc_main(int ac, char *av[]){
//Platform Componentssimple_bus_fast_mem
mem("fast_mem",0x00,0x9fffff);mips1 p1("p1");...//Platform Conenctions p1.DM_port(DM_wrapper1.target_export);...
p1.init();...cerr << endl;
sc_start(-1);
p1.PrintStat();...cerr << endl;return p1.ac_exit_status&& p2.ac_exit_status;
}
44
Modelagem de Processador: ArchC
45
AC_ISA(submips) {
ac_format Type_R = "%op:6 %rs:5 %rt:5 %rd:5 0x00:5 %func:6"; ac_format Type_I = "%op:6 %rs:5 %rt:5 %imm:16";
ac_instr<Type_R> add, mul; ac_instr<Type_I> lw, bne, addi; ISA_CTOR(submips) {
add.set_asm("add %reg, %reg, %reg“, rd,rs,rt); add.set_decoder(op=0x00, func=0x20);
lw.set_asm("lw %reg, %imm(%reg)“, rt,imm,rs); lw.set_decoder(op=0x23); ... };};
Declaração de Instruções
Declaração de
instruções
Seqüência de decodificação
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Descrição do Comportamento
void ac_behavior( add ){ RB[rd] = RB[rs] + RB[rt];}
Acesso a dispositivo de
armazenamento
Acesso a campo de instrução
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Descrevendo Comportamentos
void ac_behavior( instruction ){
ac_pc = ac_pc + 4;
}
void ac_behavior( add ){
RB[rd] = RB[rs] + RB[rt];
}
48
Modelagem de Processador: PArchC
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Modelagem de Processador: PArchC• Plugin focado na construção de Processadores
• Ambiente gráfico para edição de código– Inclusão do destaque para palavras reservadas do ArchC
• Compilação e Simulação do processador– Possibilita ao usuário verificar o comportamento do componente
• Distribuição de Componente– Gera automaticamente um pacote de distribuição do componente baseado no padrão SPIRIT
Biblioteca de Componentes
Descrição do Processador
50
Análise de Cache: PCacheAnalyzer• Análise preliminar de cache
• Análise de diversas configurações de caches (+ de 50) com apenas uma simulação
• Geração de relatório, identificando:– Configuração da cache
(tamanho de palavra e associatividade)
– Hit Rate– Miss Rate
• Relatório mostrado em formato HTML
Model the Platfom(Including cache analyzer component)
Platfom Simulation
Trace of referenced addresses
Single-PassCache Analysis
Cache Configuration Space
Cache miss rate reportfor the entire Configuration space
Configure cache devices
Final Platform Simulation
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Plugin PCacheAnalyzer
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Documentação: Plugin do Help
Modelando Plataformas PBuilder Tutorial
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Instalar
• Baixar o arquivo gspm_2006.11-232_i386.tar.gz no site www.greensocs.com
• Descompactar o arquivo• Dentro do diretório
gspm :– ./gsconfig– source gspm.bashrc– gs-use –update
pdesigner/1.0.0• No diretório gspm
– gs-use pdesigner– pdesigner
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Configurar Ambiente
• Configurar variáveis do sistema– ArchC– SystemC– TLM
• Deve ser configurado para cada workspace novo!
57
Selecionar Biblioteca
1. Selecionar biblioteca de componentes– Apenas uma
biblioteca por workspace
2. Editar biblioteca– Importar
componente– Remover
componente
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Fluxo de Projeto
59
Passo 1 : Criar Projeto
1. Selecionar a opção File > New > Project
2. Definir o nome do projeto
4. Projeto criado no workspace
3. Dados do projeto
60
Passo 2 : Adicionar Componentes
1. Selecionar tipo do componente na paleta
2. Escolher posição no editor
3. Inserir componente
61
Passo 3 : Editar Componentes
1. Tipo do componente
2. Nível de Abstração
3. Parâmetros
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Passo 4 : Conectar Componentes
1. Selecionar origem (porta mestre)
2. Selecionar destino (porta escrava)
4. Ver / Editar propriedades da conexão e/ou wrappers
3. Criação automática de wrappers
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Passo 5 : Carregar Aplicação para o Processador
1. O que significa?• Carregar na memória
uma aplicação binária compilada pelo crosscompiler do processador. O processador busca o código da aplicação na memória e a executa.2. Selecionar a opção Load
Application File no menu de contexto
3. Selecionar a aplicação (arquivo executável)
5. Definir o endereço
4. Selecionar Memória
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Passo 6 : Compilar Plataforma
1. O que significa?• Na compilação é
gerado o código systemc da plataforma, que é compilado gerando um arquivo executável da plataforma.2. Selecionar PDesigner >
Compile Platform
3. Resultados e Logs da compilação são mostrados na view Console
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Passo 7 : Simular
1. Selecionar a opção Run PDesigner no menu de contexto do projeto
2. Resultado da simulação é mostrado na view Console
Exercício PBuilder
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Exercício 1
1. Modelar no PDesigner a plataforma ao lado.
2. Mapear as aplicações FFT na plataforma acima.1. FFT – iniciando na posição 0x002. FFT inversa - – iniciando na posição
0x500000
3. Adicionar uma cache no nível de abstração untimed para cada processador, utilizando os seus valores default.
4. Modifique o tipo do barramento para Amba e compare a velocidade de processamento (instruções/seg) com a do exercício 2 e 3.
P1(mips
)
P2(mips
)
Bus
IPZip
69
Fluxo
70
Passo 1 : Criar Projeto IPZip
1. Selecionar a opção File > New > Project
2. IPZip > IPZip Project
3. Selecionar diretório onde o arquivo zip será criado
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Passo 2 : Informações do Componente
1. Name– Nome do componente
2. Type– Tipo do componente :
processador, barramento, memória, ...
3. Owner– Desenvolvedor (es)
4. Vendor– Empresa ou grupo responsável
pelo desenvolvimento5. Library
– Nome da biblioteca que ele deveria estar inserido
6. Description– Breve descrição do
componente
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Passo 3 : Configurar Interfaces1. Name
– nome da interface2. Protocol Direction
– direção da comunicação da interface (master, slave, system)
3. Protocol Name – nome do protocolo de comunicação:
• Amba, ArchC, Avalon, OCP, ...4. Connection
– Define se a interface deve estar conectada
5. Address Space Size– Tamanho de endereçamento da
interface.6. Multiplicity
– Single : há apenas uma interface– Multiple Dynamic : há várias
interfaces iguais podendo existir de 0 a N (número máximo) instanciadas
– Multiple Static : há exatamente N interfaces iguais instanciadas
template<typename ac_word, typename ac_Hword> class ac_memport : public ac_arch_ref<ac_word, ac_Hword> {
private: ac_inout_if* storage; ac_word aux_word; ac_Hword aux_Hword; uint8_t aux_byte;public:... ///Default constructor explicit ac_memport(ac_arch<ac_word,
ac_Hword>& ref) : ac_arch_ref<ac_word, ac_Hword>(ref) {}... ///Default constructor with initialization explicit ac_memport(ac_arch<ac_word,
ac_Hword>& ref, ac_inout_if& stg) : ac_arch_ref<ac_word, ac_Hword>(ref), storage(&stg\)
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Passo 4 : Configurar Parâmetros1. Name
– Nome do parâmetro2. Description
– Descrição do parâmetro informando seu papel
3. Group– Nome do grupo que o parâmetro
deve pertencer, organizando os parâmetros do componente por grupos
4. Data Type– Tipo do dado
5. Resolved by– Informa se o parâmetro deve ser
modificado pelo usuário ou pelo sistema
6. Format– Informa se o parâmetro tem
valores diversos (texto) ou restritos (choice)
7. Default Value– Valor default do parâmetro
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Passo 5 : Arquivos Fonte e Makefile
1. Listar os arquivos fonte do IP
2. Identificar Makefile do IP
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Passo 6 : Nível de Abstração
1. Definir nome do nível de abstração– Normalmente são
denominados TL1, TL2 ,...2. Selecionar o nível de
abstração do componente– Pode ter mais de um,
sendo necessário configurar cada um deles
– Possíveis níveis:• Cycle accurate• Timing estimated• Untimed
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Configurar Nível de Abstração
#IncludesDeclarações globaissc_main(){
Instância de componentes;
Conexão de componentes;
Funções pré-simulações;sc_start();Funções pós-simulação;
}
#include "mips1.H"...
const char *project_name="mips1";const char *project_file="mips1.ac";...int sc_main(int ac, char *av[]){
//Platform Componentssimple_bus_fast_mem mem("fast_mem",0x00,0x9fffff);mips1 p1("p1");...//Platform Conenctions p1.DM_port(DM_wrapper1.target_export);
...
p1.init();...cerr << endl;
sc_start(-1);
p1.PrintStat();...cerr << endl;return p1.ac_exit_status&& p2.ac_exit_status;
}
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Passo 6.1 : Selecionar “include files”
1. Selecionar arquivos fonte do componente que deverão ser incluídos para possibilitar sua utilização.
.... const char *project_name="mips1"; const char *project_file="mips1.ac"; const char *archc_version="2.0beta1"; const char *archc_options="-abi -dy "; …. #include "mips1.H“ #include “loader.h” ... int sc_main(int ac, char *av[]){
... }
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Passo 6.2 : Descrever Atribuição de Constantes
1. Define constantes e namespaces– Function : namespace, const, ...– Name : nome da constante ou
do namespace– Value : valor associado
.... const char *project_name="mips1"; const char *project_file="mips1.ac"; const char *archc_version="2.0beta1"; const char *archc_options="-abi -dy "; …. #include "mips1.H“ #include “loader.h” ... int sc_main(int ac, char *av[]){
... }
79
Passo 6.3 : Configurar Instanciação de Componentes
1. Define a estrutura para instanciar o componente– Class : nome da função/classe
que implementa a instância– Name : nome default da
instância, se for variar deve ser o nome do componente
– Parameters : parâmetros passados para inicializar
• Symbol : símbolo do parâmetro – ponteiro, aspas, referência
• Type : define se o parâmetro é constante ou variável
• Value : valor do parâmetro. Se for variável será um dos parâmetros do componente.
.... int sc_main(int ac, char *av[]) { ….
mips1 mips1_proc1("mips1");AvalonController bus ("bus", clock, 2, 1, 1);...
}
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Passo 6.4 : Configurar Estrutura de Conexão
1. Define a estrutura para configuração de uma conexão– Type : define a estrutura da
conexão com portas escravas ou mestres
– Name : nome do componente– Function : função utilizada
para conexão ou nome da interface
– TLM Connection : define se a conexão segue o padrão TLM
– Parameters : parâmetros passados para viabilizar a conexão
• Symbol : símbolo do parâmetro – ponteiro, aspas, referência
• Type : define se o parâmetro é constante ou variável
• Value : valor do parâmetro. Se for variável será um dos parâmetros do componente ou instâncias conectadas a ele
int sc_main(int ac, char *av[]){
… AvalonController bus ("bus", clock, 2, 1, 1); mips1 mips_proc("mips1"); simple_bus_fast_mem mem_fast("mem_fast", 0x00, 0x9FFFFF); … bus.addMaster(WORD, false, 1, 1); bus.addSlave(WORD, false, 0x00,0x9FFFFF, 0, 0, 2, true); mips_proc.DM_port(wrap_mips1.target_export);
...}
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Passo 6.5 : Configurar Estrutura das Funções
1. Define a estrutura para configuração de funções– Class : nome do componente– Name : nome da função– Log Function : define se a
função gera um log– Parameters : parâmetros
passados para viabilizar a função• Symbol : símbolo do
parâmetro – ponteiro, aspas, referência
• Type : define se o parâmetro é constante ou variável
• Value : valor do parâmetro. Se for variável será um dos parâmetros do componente
int sc_main(int ac, char *av[]){ …
mips1 mips_proc("mips1"); …
// Function mips_proc.init(); … // Log Function mips_proc.PrintStat(); ...}
Exercício IPZip
83
Exercício 2
1. Criar arquivo IPZip do componente memória fast_mem conhecendo:• Arquivo fonte• Exemplo de main• Não possui makefile• Interface escrava:
• Nome: bus_port• Direção: slave• Protocolo: simple_bus• Address space: 5M
2. Adicionar IPZip gerado a biblioteca do PDesigner e criar exemplo para testar.
Gerenciar Biblioteca
85
Importar IPZip
1. Selecionar a opção: Window > Preferences > PDesigner Library
2. Selecionar Import Component
3. Selecionar o arquivo IPZip
4. Selecionar Apply
86
Exercício 3
• Importar IPZip do barramento AMBA e modificar a plataforma do Exercício 1.1, trocando o barramento.
88
Importar IPZip
1. Selecionar a opção: Window > Preferences > PDesigner Library
2. Selecionar Import Component
3. Selecionar o arquivo IPZip
4. Selecionar Apply
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Referências
• www.pdesigner.org• www.archc.org• www.systemc.org• www.spiritconsortium.org• www.eclipse.org• www.greensocs.com
90
Contatos
• Cristiano Araujo ([email protected] )• André Souza ( [email protected])• Gleibson Oliveira ([email protected] )• João Victor ([email protected] )• Millena Gomes ([email protected])• Williams Azevedo ([email protected] )
