High-level system modeling with SystemC and TLM

Abstract

Der Drang zu kürzeren Produktlebenszyklen und -einführungszeiten sowie die ständig steigende Komplexität von Embedded Systems erfordern einen Anstieg der Produktivität, dem traditionelle Designmethoden immer weniger gewachsen sind. Zur Bewältigung dieses Problems verwendet Electronic System Level Design (ESL) Modellierung und Abstraktion. Der auf der Modellierungssprache SystemC basierende Transaction Level Modeling (TLM) Standard zielt auf die Erstellung virtueller Prototypen, die bereits früh parallele Entwicklung von Hard- und Software sowie Analysen von Architektur und Leistung ermöglichen.<br />Diese Arbeit präsentiert die Methodologie von auf TLM basierendem ESL Design. Sie beschreibt die Fähigkeiten von SystemC, die Konzepte des darauf aufbauenden Standards sowie die Werkzeuge, die dem Entwickler zur Verfügung stehen. Im Zuge einer Fallstudie wird der Advanced Encryption Standard (AES) von einer mathematischen Beschreibung zu einem Architekturmodell weiterentwickelt. Der Designflow besteht aus einer Reihe von Modellierungsschritten, die die Möglichkeiten der verschiedenen Modellierungsstile aufzeigen sollen. Ein Schwerpunkt dabei liegt auf der Verknüpfung theoretischer Konzepte mit ihrer praktischen Implementierung. Basierend auf den Ergebnissen der Fallstudie werden jene Eigenschaften der jeweiligen Modellierungsstile herausgearbeitet, auf denen die Eignung für ihre Anwendungsfälle beruht. Abschliessend erfolgt eine Analyse der Simulationsleistung der beschriebenen Modelle.<br />

Traditional methodologies increasingly fail to tackle the challenge of contemporary embedded system design. The drive towards shorter product life cycles and timeto-market necessitates an increase of productivity. Electronic System Level Design (ESL) addresses this issue by modeling and abstraction. The Transaction Level Modeling (TLM) standard, based on the system modeling language SystemC, is targeted at the design of fast virtual system prototypes that allow early hardware/software codevelopment as well as architectural and performance exploration. This thesis presents the methodology of ESL design based on transaction models. It describes the features of SystemC, the concepts of the thereupon defined modeling standard and the tools available to the designer. In the course of a case study the Advanced Encryption Standard (AES) is refined from its mathematical description to an architectural model. The design flow includes a number of modeling steps that illustrate the capabilities of the different modeling styles.<br />Particular focus is laid on linking theoretical concepts to their practical implementation. The discussion works out the individual attributes that make a certain modeling style useful for a particular use case, as it is perceived during the case study. Performance figures conclude the analysis and illustrate the simulation performance of the various modeling styles.