Разработка специализированных прототипов на основе программируемой логики для эффективной функциональной верификации многоядерных микропроцессоров

• Автор: Юрлин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Содержание
Содержание
Используемые сокращения
Определения
Введение
Актуальность работы
Цель исследования
Научная новизна работы
Практическая ценность
Достоверность научных положений и выводов
Личный вклад автора
Апробация
Публикации по теме диссертации
Глава 1. Аппаратные средства ускорения функциональной верификации
1.1 Классификация
1.2 Программное моделирование
1.3. Серверы на основе процессоров общего назначения
1.4. Ускорители на основе графических ядер
1.5 Промышленные аппаратные средства
1.5.1 Аппаратные ускорители программного моделирования
1.5.2 Аппаратные Эмуляторы
1.5.3 Прототипы на основе ПЛИС
1.6 Специализированные прототипы на ПЛИС
1.6.1 Система прототипирования 1п1е
1.6.2 Система прототипирования 1ВМ
1.6.3 Прототипы ЗАО «МЦСТ»

1.6.3.1 Недостатки созданных специализированных прототипов на основе ПЛИС
1.6.3.2 Функциональная верификация с использованием созданных
специализированных прототипов на основе ПЛИС
1.6.4 Программное обеспечение для функционирования прототипа микропроцессора
1.7 Сравнение способов функциональной верификации
1.8 Выводы
Глава 2. Особенности применения специализированных прототипов на основе ПЛИС
2.1 Маршрут прототипирования
2.2 Разработка специализированного прототипа на основе ПЛИС
2.2.1 Проблема ограниченной ёмкости ПЛИС
2.2.2 Проблема разработки аппаратуры прототипа
2.3 Адаптация ЮХ-описания для эмуляции на ПЛИС
2.3.1 Разделение ЮХ-описания микропроцессора на блоки
2.3.2 Адаптация несинтезируемых в ПЛИС блоков исходного ЮХ-описания микропроцессора
2.3.2.1 Подключение оперативной памяти
2.3.2.2 Замена внутренних памятей микропроцессора
2.3.2.3 Подключение высокочастотных интерфейсов микропроцессора
2.3.3 Результат разделения ЮХ-описания микропроцессора
2.4 Организация передачи данных между ПЛИС
2.4.1 Подключение ЛТЬ-описания в ПЛИС
2.4.2 Особенности топологической трассировки ПЛИС
2.4.3 Сложность длительной передачи данных между ПЛИС
2.4.4 Сравнение существующих методов передачи данных между ПЛИС

2.5 Оптимизация интерфейсов взаимодействия ПЛИС
2.5.1 Оптимизация подключения блоков ЮХ-описания
2.5.2 Выбор интерфейса передачи данных
2.5.3 Определение интерфейса прототипа
2.6 Особенности передачи данных в прототипе
2.6.1 Основные понятия
2.6.2 Передача «точка-точка»
2.6.3 Использование коммутаторов
2.7. Диагностика функционирования аппаратуры прототипа
2.8 Программное моделирование интерфейса
2.8 Перспективы развития
2.9 Выводы
Глава 3. Реализация прототипов и анализ конструкции
3.1 Основа реализации
3.2 Прототип четырёхъядерного микропроцессора «Эльбрус-28»
3.2.1 Особенности проектируемого микропроцессора
3.2.2 Определение структуры прототипа
3.2.3 Организация системы синхронизации
3.2.4 Анализ реализации прототипа микропроцессора "Эльбрус-28"
3.3 Прототип восьмиядерного микропроцессора «Эльбрус-8С»
3.3.1 Особенности проектируемого микропроцессора
3.3.2. Определение структуры прототипа
3.3.3 Система синхронизации
3.3.4 Особенности конструкции
3.3.5 Анализ прототипа микропроцессора «Эльбрус-8С»
3.4 Анализ полученных прототипов
3.4.1 Анализ созданных специализированных прототипов на основе ПЛИС
3.4.1.1 Выявление недостатков программной части прототипа

Учёт недостатков созданных специализированных прототипов требует контроля выполнения всех функций. Для проверки функционирования каналов передачи данных необходимы тесты связей прототипа. При этом для гарантии надёжной работы важно обеспечить возможность длительного тестирования.
Разделение ЮЪ-описания микропроцессора на части для их загрузки и исполнения в ПЛИС требует наличия специального программного продукта. Для каждого прототипа был создан отдельный набор командных файлов, который приходится переделывать даже при незначительных изменениях архитектуры микропроцессора.
В силу сложности полученной системы необходима проверка правильности разделения КТЬ-огшсания в прототипе. Особенно это актуально с учётом необходимости замены ряда элементов микропроцессора на их прототипипный аналог. Для верификации полученной системы создаётся модель прототипа. Она представляет собой программно описанную структуру, совпадающую со структурой аппаратуры. Результат исполнения тестов на модели прототипа должен полностью совпадать с результатом работы модели самого микропроцессора. Причём подключение обновлённого блока может приводить к каскадным изменениям в командных файлах, что отнимает значительное количество времени.
1.7 Сравнение способов функциональной верификации
Аппаратные ускорители хоть и позволяют проводить гораздо более быстрое моделирование КТЬ-описания, но требуют для этого огромных затрат на создание и поддержание полученной системы прототипирования. Размеры данной системы значительны. Например, для моделирования проектируемых многоядерных микропроцессоров серии «Эльбрус» они будут сравнимы с комнатой. А тот факт, что современные микропроцессоры имеют межпроцессорные связи, то для их тестирования необходимо