[发明专利]建模和仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及建模和仿真方法。 

背景技术

建立系统模型并使用仿真过程来证实该模型在预定条件下的行为是已知的。该系统可以包括两个或多于两个相互联系的组件。很多建模方法是公知的，并且所选择的具体方法通常由将要建模的系统需求确定的。 

建模和仿真方法的一种具体应用是：在构造原型系统之前，对计算机硬件系统进行建模和仿真。由于开发原型计算机硬件系统中涉及的时间和开销，这样做是有利的。这种建模和仿真可以充分地减少在达到最终设计之前所需的设计迭代的数量。此外，由于建模和仿真能够在设计周期的早期识别出问题，所以建模和仿真可以增大最终系统按照预期进行操作的可能性。一旦建模和仿真过程证实了被建模的系统表现出了所需的行为，则计算机硬件设计者将可以确信：构建可证明与该模型相同的系统实现将得到预期结果。 

已知：在设计计算机硬件系统期间，可以在各种抽象层考虑该计算机硬件系统。此外，可以在各种抽象层对计算机硬件系统进行建模和仿真。例如，建模通常开始于以自然语言(例如，英语)编写的系统说明书。随后，在此说明书的基础上创建架构和性能模型。这种模型通常通过高级计算机编程语言(例如，C++)创建。架构和性能模型用来验证系统的架构设计，以及评价各种设计特征的性能。在此建模阶段，可以根据架构和性能建模的结果对系统说明书进行修改。一旦完成此过程，便通过自然语言来创建系统各个组件的单元说明书，并且将这些单元说明书转化成以硬件描述语言(HDL) (诸如VHDL或者Verilog)编写的说明书，从而允许在较低抽象层(例如，寄存器传输层(RTL))的建模。 

上述系统说明书附有根据该系统说明书创建的适当系统测试，以验证系统的行为。还是根据该系统说明书创建的单元测试被用以使用仿真过程来验证各个组件的行为。传统上，这种仿真在单个抽象层(例如RTL)处执行。由于这种仿真在对任何组件进行仿真之前都需要针对所有组件完成详细的RTL设计，所以其显然是不利的。根据上述系统说明书来生成单元说明书以及创建适当测试是手动执行的。单元说明书的这种手动生成是耗时且容易出错的。此外，在RTL处测试整个系统在创建测试数据和仿真两方面都是非常耗时的。 

在试图解决这些问题的方案中，已经使用编程语言(诸如，VHDL和C++)所提供的高级特征来尝试在较高的抽象层进行建模。然而，遇到了重大问题，因为这种高层建模无法直接连接到RTL模型。在不同抽象层建模的组件之间手动创建转换器通常被证明是至少与创建较低层模型本身一样复杂并且容易出错的任务。 

自动化对系统组件在不同抽象层(例如，系统层和RTL)制定的系统进行仿真的过程是已知的。公开号为EP1,517,254的欧洲专利申请描述了一种用于对系统内相互联系的第一组件和第二组件的行为进行仿真的方法。所描述的方法包括：使用第一功能说明书和第二功能说明书对组件的行为进行建模，以及在预定的环境中对该组件进行仿真。被建模的组件可以处于不同的抽象层。 

EP1,517,254描述了这样的系统，其中组件完全通过软件进行建模。然而，在多层建模中，仿真速度受限于最低层组件的仿真速度。这是因为：由于在低层模型内包含大量细节，所以与较高行为层相比，在较低抽象层(例如，RTL)对单个组件进行仿真的计算代价很大。此外，现有仿真系统(例如，在EP1,517,254中描述的)需要单独的仿真器来管理所有建模组件的仿真过程。尽管这代表大量计算上的开销，但是管理单独的建模组件对于计算资源的冲突需求， 单独的仿真器是必要的。 

使用单个组件的低层HDL模型来对可编程计算设备进行编程以便通过硬件来实现该模型是已知的。在此使用的术语“可编程计算设备”可以是单个可编程芯片。可选地，可编程计算设备可以包括多个互连的可编程芯片。此外，可编程计算设备可以包括模拟器盒(emulator box)；除了一个或多个可编程芯片以外，该模拟器盒可以替代地或者附加地包括处理元件。HDL模型确定可编程计算设备的行为。可编程计算设备可以在仿真过程中使用，以加速整个系统的仿真。然而，已经证实：这仅在建模系统的所有组件是在同一低层被建模时才是有效的。这归因于在将高层软件模型与低层硬件模型对接时遇到的问题。