An open tool integration environment for efficient design of embedded systems in wireless communications

Abstract

Die Entwicklung von eingebetteten Systemen für moderne drahtlose Kommunikationssysteme steht unter immer stärker werdenden technologischem und hohen kommerziellem Druck. Weiters wird die so genannte Entwurfskrise (Design Crisis) durch das andauernde Wachstum der algorithmischen Komplexität verschärft, die die Steigerung der Produktivität bei weitem übertrifft. Zusätzlich erfordern die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen im Mobilkommunikationsbereich immer kürzer werdende Entwicklungszeiten, um ein Produkt möglichst früh am Markt zu platzieren. In dieser Arbeit wird der traditionelle Entwicklungsprozess für eingebettete Mobilkommunikationssysteme betrachtet und jene Probleme identifiziert, welche eine erhöhte Produktivität verhindern. Es wird eine offene Entwicklungsumgebung (Open Tool Integration Environment - OTIE) als geeignetes Mittel zur Behebung der Entwicklungsprobleme vorgestellt. Die flexible, erweiterbare, robuste und sichere Implementierung von OTIE basiert auf einer Single System Description (SSD), welche eine zentrale Datenbasis für die gesamten Informationen des Entwicklungsprozesses bietet. Die Leistungsfähigkeit dieses Konzepts wird mit der Implementierung der Anbindungen von verschiedenen Systembeschreibungen, einer grafischen Benutzerschnittstelle und zwei automatisierten Entwicklungsabläufen nachgewiesen. Der erste Entwicklungsablauf integriert die automatische Erzeugung von virtuellen Prototypen (Virtual Prototypes - VPs). Der hohe Automatisierungsgrad der Erzeugung von VPs und des Verifikationsprozesses ermöglicht hierbei Einsparungen in der Größenordnung von mehreren tausend Arbeitsstunden. Ein herausfordernder Schritt in der Entwicklung von eingebetteten Systemen ist die Konvertierung der Gleitkomma- zur Fixpunktdarstellung für deren optimale Umsetzung bisher noch keine praktikable Lösung existierte. Im zweiten Entwicklungsablauf wird mit dem Werkzeug fixify eine automatisierte Lösung dieses Optimierungsproblems erreicht. An Hand der Integration beider Entwicklungsabläufe in OTIE wird die Möglichkeit gezeigt sowohl kommerzielle als auch akademische Werkzeuge nahtlos in OTIE einzubinden.<br />

The design of embedded computer systems for modern wireless communication devices finds itself under increasing technological and commercial pressures. This design crisis is fueled by an unrelenting growth in algorithmic complexity, which by far outpaces the growth in design productivity, thus making it increasingly difficult to design entire embedded systems. On the other hand, the commercial reality in the wireless communications sector dictates ever shortening design cycles to achieve quicker time to market. This thesis examines the traditional design process of embedded systems for wireless communications, identifies the key bottlenecks which inhibit increased design productivity, and proposes the Open Tool Integration Environment (OTIE) as an effective means of removing these bottlenecks. A flexible, scalable, robust, and secure implementation of OTIE is presented, based on a Single System Description (SSD), providing a single, central repository for all refinement information in the design process. The presented implementation also includes proof-of-concept implementations of System Description Interfaces (SDIs), visualizers, as well as two complete and fully functional tool chains. The first of the tool chains is used for virtual prototyping and demonstrates the ability of OTIE to include both commercial and academic Electronic Design Automation (EDA) tools seamlessly into a complete design flow. The ability of OTIE to increase design productivity through this increased automation is demonstrated, resulting in savings in the order of thousands of person-hours. Also, the virtual prototyping tool chain demonstrates the ability of OTIE to automate both the design and the verification flows.<br />The second tool flow, fixify, is a toolset dedicated to automating the floating-point to fixed-point conversion, a design step which has not been automated previously. The incorporation of fixify demonstrates the ability of OTIE to support new and emerging EDA tools as they become available in the future.