电子系统级设计课程设计--电子系统级（ESL）设计

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1、 1 电子系统级（电子系统级（ESL）设计）设计 摘要：摘要：电子系统级设计（ESL,Electronic System Level)设计是能够让 SOC 设 计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套 方法学，并提供下游寄存器传输级(RTL)实现的验证基础。ESL 牵涉到比 RTL 级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、 系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。SystemC 是一种很好的软硬件 联合设计语言,它不仅可以帮助设计人员完成一个复杂的系统设计,还可以避免 传统设计中的各种弊端,并提高设计效率。 关键词：关键词：电子系统级

2、设计；SOC；SystemC 1 1 引言引言 目前，高质量的电子系统设计变得越来越复杂和困难。功能更繁杂的设计 需求，更短的上市时间，不断增加的成本压力使这种趋势看起来还在加速。从 应用概念到硅片实现的过程已经不能仅仅靠工程师聪明的大脑来完成，而更需 要依赖于严格完善的设计方法学。 随着片上系统（SoC，System on Chip)设计复杂度的不断提高，设计前期 在系统级别进行软硬件划分对 SoC 各方面性能的影响日趋增加，迫切需要高效 快速性能分析和验证方法学。传统的 RTL 仿真平台不能提供较快的仿真速度与 较大的仿真规模，FPGA 平台则不能提供详细的性能分析指标，而电子系统级 设计

3、（Electronic System Level，ESL）方法，不仅提供高速的仿真验证手段还提 供详细的性能分析指标，已经成为当今 SoC 设计领域最前沿的设计方法，它是 能够让 SoC 设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入 2 式软件的一套方法学。 电子系统级设计（ESL，Electronic System Level）牵涉到比 RTL 级别更高 层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架 构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。全新的 ESL 工具为电路系统级建模提 供了虚拟原型的基本仿真平台。电子系统级设计正在从学术研究的课题变成业 界广为接受

4、的建模手段，它完成从理想应用优化到目标体系结构建立。而后依 据预期产量规模的不同，用 SoC 芯片或可编程平台实现。 2 .传统传统 SOC 设计设计方法的局限方法的局限 目前的设计方法不能充分利用设计能力来快速构建满足市场需求的 SoC。 而只有快速适应消费电子市场的变化，商业系统设计公司才能在竞争中胜出。 这使 SoC 设计方法的研究具有重要的现实意义。 目前在技术上，SoC 设计面临的主要挑战是在系统建模和硬件设计之间的 不连续性。通常系统是使用 C 语言或其他系统描述语言定义的。而系统的集成 电路实现却使用硬件描述语言，因此导致转换和重写系统的负担。这样的流程 使得设计过程中容易出错而

5、且耗时。验证流程中需要仿真大规模系统，仿真速 度难以需满足设计需求。HDL 模型仿真效率低，需要提高抽象层次。SoC 系统 中的组件具有多样性异质性，包括各个专业的设计，模拟和数字设计等等，需 要提供异质的仿真环境以及对系统级设计空间的探索复杂性的管理。千万门级 的规模使得设计本身的管理成为问题深亚微米集成电路中，沿线延迟的增加使 时序收敛问题显得更加突出，需要消除前端逻辑设计和后端物理设计的反复返 工问题传统的设计重用方法需要适应规模的增长。系统设计需要具有竞争力， 从基于芯片的设计方法，过渡到基于 IP 核的设计也是必然趋势。虽然可以使用 3 标准接口，但是更理想的办法是分离出通讯部分，使

6、用接口综合技术。因此需 要设计工具重点面向模块间的通讯和互连， 门级和寄存器传输级(RTL)仿真速度 太慢，不适合系统设计。需要提高设计的抽象层次。SoC 设计的趋势是向高层 抽象移动，更强调芯片级的规划和验证。强调早期芯片级规划，以及软硬件系 统验证。软硬件协同设计方法是 SoC 设计方法学研究的重要领域。主要目的是 开发适应设计需求的设计方法和相应的电子设计自动化软件。在设计中通常一 种技术是不能满足设计要求的，因此要结合研发成本和开发周期等等因素，综 合考虑各种技术。 3. ESL 设计的基本概念设计的基本概念 ESL 设计指系统级的设计方法，从算法建模演变而来。ESL 设计已经演变 为嵌入式系统软硬件设计、验证、调试的一种补充方法学。在 ESL 设计中能够 实现软硬件的交互和较高层次上的设计抽象。ESL 设计能够让 SoC 设计工程师 以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件，并能够为下游 的寄存器传输级(RTL)实现提供验证基础。 ESL 设计以抽象方式来描述系统单芯片（SoC）设计。在 ESL 设计中，系 统的描述和仿真的速度快，让设计工程师有充裕的时间分析