王國富

摘 要：文章對基于SystemC的片上系統(tǒng)設(shè)計進行了介紹，并使用SystemC設(shè)計了一個交通自動控制系統(tǒng)。文中介紹了系統(tǒng)的實現(xiàn)并提出了改進方案。

關(guān)鍵詞：SystemC；片上系統(tǒng)設(shè)計；交通自動控制系統(tǒng)

1引言

片上系統(tǒng)（SoC）的興起使芯片設(shè)計過程的各個階段充滿了許多新的挑戰(zhàn)。工程師們正在重新考慮設(shè)計是如何進行規(guī)定、分區(qū)和驗證的。通常系統(tǒng)及軟件使用一種編程語言（如C/C++）而其硬件設(shè)計使用硬件描述語言（如VHDL和Verilog），問題隨著因為使用了不同的設(shè)計語言、不兼容的工具和分散的工具使用流程而產(chǎn)生。所有目前主要趨勢是使用SystemC語言和建模平臺來進行系統(tǒng)設(shè)計。其已成為功能、通信以及軟件和硬件在不同的抽象層次上實現(xiàn)的最佳解決方案的背后代表。原因很明顯：越來越復(fù)雜的設(shè)計要求快速的可執(zhí)行的規(guī)范來驗證系統(tǒng)的概念，只有C/C++提供適當(dāng)水平的抽象、軟硬件的集成和性能。當(dāng)下的系統(tǒng)設(shè)計也要求使用單一的語言和建模的基礎(chǔ)上是互操作的系統(tǒng)，即設(shè)計工具、服務(wù)和知識產(chǎn)權(quán)，成為現(xiàn)實。

本文使用SystemC設(shè)計了一個自動控制的交通燈系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計的詳細信息將在接下來的章節(jié)中展示。

2 SystemC介紹

SystemC是一種系統(tǒng)設(shè)計語言。設(shè)計者可以使用這種語言對系統(tǒng)的硬件和軟件部分一起進行設(shè)計。這種方式可以使系統(tǒng)設(shè)計在高階的抽象層面進行。嚴格的來講，SystemC并不是一種語言，它是C++的一個庫，它包含用于對硬件組件進行建模以及硬件組件之間交互的結(jié)構(gòu)。因此，SystemC也會被拿來與硬件描述語言如VHDL和Verilog做比較。這些語言重要的共同點是它們都具備了仿真內(nèi)核，從而使設(shè)計人員能夠通過仿真來評估系統(tǒng)的表現(xiàn)。SystemC的高級合成工具促使行業(yè)廣泛的采用這種統(tǒng)一的硬件/軟件設(shè)計。

SystemC語言庫的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)包括以下幾點：模塊語句、進程語句、端口語句、信號語句、時鐘語句，其支持豐富的數(shù)據(jù)類型、多種抽象層次、通訊協(xié)議、調(diào)試及波形跟蹤。

3 交通燈自動控制系統(tǒng)

本文設(shè)計的交通燈自動控制系統(tǒng)描述為東南西北各具有一個交通燈，分別為一個由南向北的交通燈、一個由北向南的交通燈、一個由東向西的交通燈以及一個由西向東的交通燈。四個交通燈各有一個探測器來檢測其方向的車輛。

3.1 系統(tǒng)具備以下的功能

所有交通燈獨立工作。例如，當(dāng)由北向南的交通燈變綠時，如果沒有由南向北的車輛，由南向北的交通燈可能是紅色的。

系統(tǒng)需能維護交通安全。例如南北方向和東西方向的交通燈不可同時變綠。當(dāng)探測器檢測到有車輛到達十字路口時，該行駛方向的交通燈最終會變綠。

3.2 系統(tǒng)由四部分組成

交通生成模塊，用來模擬實際交通以生成系統(tǒng)的輸入。

交通控制模塊，用來控制整個系統(tǒng)。此模塊為整個系統(tǒng)中最重要的部分。所有的算法和控制都在此模塊中實現(xiàn)。

探測器模塊，用來探測車輛以改變交通燈。

交通測試模塊，用來啟動程序。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計

下面我們以北方向的交通燈為例來展示該系統(tǒng)設(shè)計，其它方向的交通燈與北方向的交通燈控制邏輯相同。流程圖如圖1。

流程圖中的信號代表如下面表格所示：

4 結(jié)束語

本文通過對該交通自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)來展示基于SystemC的片上系統(tǒng)設(shè)計。在今后的研究中可在該設(shè)計的基礎(chǔ)上進行進一步的改進，以實現(xiàn)更加復(fù)雜的片上系統(tǒng)?？筛倪M的方面有模擬交通的實時生成以使用更復(fù)雜的測試用例來測試該系統(tǒng)、交通控制結(jié)構(gòu)的提高（如增加控制轉(zhuǎn)彎的交通燈）以及系統(tǒng)算法復(fù)雜度的改進等等。

參考文獻

[1]Thorsten Grtker，Stan Liao，Grant Martin，Stuart Swan. System Design with SystemC. Springer Publishing Company，Incorporated，2010.

[2]CHEN Shao-he，ZHAO Ming，WANG Jing. SystemC Based System on Chip Design. State Key Lab. on Microwave&Digital Communications，Tsinghua University，Beijing 100084.