Refinement in multi models of computation based simulations

Abstract

Frühe Verfeinerung von Schaltkreis-Verhaltensweisen wird benötigt, um bei komplexen integrierten Chips schon beim ersten Durchlauf der Entwicklung die finale und marktfähige Version zu erhalten. Chip Spezifikationen werden mehr und mehr als high-level und ausführbare Modelle beschrieben, die aus abstrakten und heterogenen Subsystem-Blöcken bestehen. Die Charakterisierung von Systemen von der Spezifikation bis zur Implementierung ist ein schwieriges Unterfangen und wird von Werkzeugen und Methoden der Systemebene und der Entwurfsautomation unterstützt - wobei allerdings beide Bereiche nicht in der Lage sind, den gesamten Entwicklungszyklus adäquat abzudecken. Diese Dissertation zeigt anhand eines Prototyps, dass eine in SystemC AMS modellierte architekturelle Spezifikation durch implementierbare Modelle nahe der physischen Darstellung verfeinert werden kann. Grob spezifizierte Modelle werden durch äquivalente, aber digital synthetisierbare oder digital gekapselte analoge Modelle substituiert.<br />Um die maximale Modell-Interaktion zu ermöglichen, unterstützt das Framework mehrere Beschreibungssprachen. Analoge Simulation mittels schnellen Solvern wird teilweise durch schnelle Datenflusssimulation gekapselt. Die Simulationen sind durch eine prozedurale Schnittstelle verbunden. Auch auf mathematischen Methoden basierende nichtlineare Modelle sind verwendbar. Durch die gemeinsame Modellierungssprache des Systemsimulators und des nichtlinearen Solvers ermöglicht diese Methode direkten Zugriff auf nichtlineare Simulationsdaten. Die Simulationsgeschwindigkeit liegt in beiden Fällen im Bereich von Hunderten von Millisekunden, was im Kontext des Informationsgewinns in der architekturellen und Spezifikations-Phase ein guter Wert ist. Obwohl die prozedurale Schnittstelle keinen Zugriff auf analoge Objekte erlaubt, ist es trotzdem möglich, analoge Modelle in ereignisgesteuerte, digitale Modelle zu kapseln und dadurch die Auswirkungen des eingebetteten analogen Verhaltens auf das Gesamtsystem zu ermitteln. Der Verfeinerungsprozess überbrückt die Lücken zwischen dem System und dem Design und zwischen dem Design und der Verifikation. Der wesentliche wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit besteht darin, dass die Plattform-Architektur durch Co-Simulation-basikerte, selektive Verfeinerung schneller erreicht wird.<br />

Early refinement of circuit behavior is necessary for the first time right tape outs of complex integrated chips. Chip specifications are now increasingly and partly being described as a high level executable model consisting of subsystem blocks that are abstract and heterogeneous. System characterization from specification toward implementation is a murky process mired by both electronic system level and electronic design automation methodologies, while neither providing adequate coverage in the design cycle for decisioning related to performance evaluation and trade offs. SystemC AMS supports abstract and behavioral analog and mixed signal modeling through several models of computation. This dissertation demonstrates by means of a prototype that architectural specification modeled in the SystemC AMS data flow paradigm can be refined to near implementable models. Coarsely specified models are refined by substituting equivalent but digital synthesizeable or digital encapsulated analog models. To maximize model interaction, the framework accepts several design languages. Cosimulation of refined models, which may contain small analog sub-simulation, is selectively triggered from the high speed data flow simulation. The simulations are interlinked by a procedural interface. Equation based model of computation is also presented for modeling refined nonlinear behavior when mathematically possible to describe. This method provides direct access of nonlinear simulation data due to the common modeling language at the system simulator and the nonlinear solver. The overall simulation speed is reasonably well (hundreds of ms) in both cases, considering the information gain at architectural or specification phase. The procedural interface does not provide access of analog objects both in automation tools and by the IEEE standard, nevertheless analog models can be enclosed inside event driven digital models and their impact can be reflected on the top level data flow and overall mixed signal system.<br />The refinement process bridges the system to design and design to verification gaps. The main contribution of the work is that the arrival at the platform architecture is quicker due to cosimulation based selective refinement.