當(dāng)SystemC語言以一種新的開放源碼的語言在1999年面世時(shí)，給設(shè)計(jì)工程師帶來了不小的困惑。什么是SystemC?一種硬件設(shè)計(jì)語言?如果是的話，怎么能是基于C++的呢?一種行為級(jí)語言?那么它為什么又這么象RTL?它會(huì)不會(huì)取代Verilog和VHDL?的問題其實(shí)就是它到底是做什么的?現(xiàn)在五年過去了，以上的所有問題都有答案了。
SystemC不僅存活下來了，而且它在SoC設(shè)計(jì)流程中的強(qiáng)勢(shì)地位也被認(rèn)可了。從初的只被歐洲和日本的少數(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)師所采用到現(xiàn)在被北美的設(shè)計(jì)師廣泛應(yīng)用。許多成功應(yīng)用SystemC進(jìn)行設(shè)計(jì)的公司和組織已經(jīng)將它融人到他們的設(shè)計(jì)流程中。 OSCI(OpenSystemCInitiative)組織網(wǎng)站的點(diǎn)擊率和人們對(duì)SystemC語言的興趣迅速上升，目前l(fā)ICense數(shù)量已超過22000而且還在上升。很明顯，SystemC已經(jīng)成功定位，再不被認(rèn)為是HDL的替代者，而是連接構(gòu)建系統(tǒng)行為級(jí)模型的系統(tǒng)架構(gòu)師和編寫RTL實(shí)現(xiàn)代碼的工程師之間的橋梁。正是因?yàn)樗鼜男碌?．1版本開始加強(qiáng)了事務(wù)級(jí)的建模能力，SystemC才能跨越這兩個(gè)世界而且?guī)椭M(jìn)行軟硬件協(xié)同仿真。更可喜的是，OSCI和OCPIP(Open Core Protocol International Partnership)正在為實(shí)現(xiàn)一種能共享的建模結(jié)構(gòu)而繼續(xù)合作，如果成功將會(huì)使第三方的IP更容易集成到SystemC環(huán)境中。OCPIP是一個(gè)工業(yè)界的聯(lián)盟，致力于創(chuàng)建一種通用的IP接口?，F(xiàn)在已經(jīng)有不少基于SystemC的ESL(Electronic System Level)工具和方法問世，使人們夢(mèng)寐已久的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)流程變成了現(xiàn)實(shí)。

為什么是SystemC

直到幾年以前，設(shè)計(jì)工程師還能用RTL來描述IC設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)在的SoC設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，并且伴隨著大量的IP重用，這兩個(gè)趨勢(shì)促使系統(tǒng)設(shè)計(jì)向更抽象的方向發(fā)展。SystemC使架構(gòu)設(shè)計(jì)和分析成為可能，但它的能力不止這些，它還能讓SoC設(shè)計(jì)者在同時(shí)運(yùn)行軟件的條件下以較高的速度驗(yàn)證其設(shè)計(jì)并得到有用的分析結(jié)果來幫助改進(jìn)設(shè)計(jì)。并且應(yīng)用SystemC還能在RTL驗(yàn)證時(shí)重用在系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證時(shí)開發(fā)的測(cè)試平臺(tái)。

SystemC的語言建立在標(biāo)準(zhǔn)C++之上，包括事件驅(qū)動(dòng)的仿真內(nèi)核，結(jié)構(gòu)化的基本元素(模塊，端口，接口和信道)，數(shù)據(jù)類型(整型，定點(diǎn)，矢量等等)以及基本的信道(Signal，F(xiàn)IFO，Mutex等等)。

在語言之上的是一個(gè)簡單的事務(wù)級(jí)傳輸庫，它建立了事務(wù)級(jí)的接口模型。同層的還有用于生成測(cè)試平臺(tái)的SystemC驗(yàn)證庫。在它們之上的則是Open Core Protocol的應(yīng)用程序接口，即為方便IP重用的片上通信標(biāo)準(zhǔn)。另外還有一些用SystemC描述的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，例如ARM的AMBA，見。

這種層次化的結(jié)構(gòu)隨著SystemC 2．1版本的演變而變得越來越明顯，這一變化也符合OSCI確定的SystemC語言的發(fā)展方向，即加強(qiáng)IP的模塊化，對(duì)事務(wù)級(jí)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供更好的支持以及解決以前版本遺留的不易用問題。

OSCI和SystemC已經(jīng)開始了向IEEE提出標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程。IEEE的SystemC研究小組在2004年8月10日召開了次會(huì)議，標(biāo)志著正式的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的開始。該小組提出了一個(gè)PAR(Proiect Authorization Request)草案，送交了IEEE新標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)并獲批準(zhǔn)。然后OSCI和IEEE已于2004年9月18日聯(lián)合宣布IEEE已經(jīng)開始了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為P1666的標(biāo)準(zhǔn)化工作，名字為“SystemC語言參考手冊(cè)”。該標(biāo)準(zhǔn)基于SystemC 2．1，預(yù)計(jì)將在12到15個(gè)月完成。IEEE的SystemC研究小組組長，也是Cadence公司的語言標(biāo)準(zhǔn)組的總監(jiān)VictorBerman先生說：“SystemC從OSCI到正式的IEEE標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變反映的工業(yè)界的共識(shí)，那就是對(duì)于真正的系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，高層次的抽象必須依賴于語言和方法?！?/P>

事務(wù)級(jí)建模(TLM)的重要性

SystemC 2．1受人關(guān)注的是加強(qiáng)了對(duì)事務(wù)級(jí)建模的支持。無論是嚴(yán)格應(yīng)用于架構(gòu)驗(yàn)證而不關(guān)心與RTL驗(yàn)證還是為RTL驗(yàn)證服務(wù)的行為級(jí)參考模型，TLM都是非常重要的。

“TLM是一種抽象數(shù)據(jù)流方式，這種方式更接近于應(yīng)用設(shè)計(jì)者獲架構(gòu)設(shè)計(jì)師的思維方式?！盌rew Wingard先生，Sonics的CTO這樣說?！八鼫p少了仿真事件的數(shù)量，因此提高了仿真的速度。”CoWare公司的Pascal Chauvet先生也說：“TLM的關(guān)鍵就是只關(guān)注通信中真正想看到的信息，這樣就只需要對(duì)那些在發(fā)起者和接受者交換的信息進(jìn)行建模，而不象RTL一樣需要在信號(hào)級(jí)建模。TLM可以是非常高層次的抽象，例如簡單的讀和寫，也可以是較細(xì)節(jié)的，例如每拍(CycleAccurate)，但仍然運(yùn)行得比RTL快很多?！?/P>

但是隱含在TLM概念中的靈活性正像Chauvet先生提到的也在設(shè)計(jì)者中產(chǎn)生出許多困惑。其中之一就是標(biāo)準(zhǔn)化問題，如今OSCI的事務(wù)級(jí)建模工作組正在進(jìn)行這一工作。他們對(duì)TLM的定義是幾種不同抽象層次的建模方式，覆蓋了RTL之上的東西，這些不同的方式應(yīng)用于不同的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可以從純算法模型直到RTL模型()。

同時(shí)也有一種以O(shè)CP-IP為代表的不同的TLM觀點(diǎn)，這種觀點(diǎn)只關(guān)心一件事：系統(tǒng)各模塊間的接口，同時(shí)保持接口在不同實(shí)現(xiàn)階段的一致性。雖然OSCI和OCP-IP的看法并不互相掃坼，但它們的合作還是有利于創(chuàng)造一個(gè)可共享的在SystemC之上的TLM標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)雙方的合作協(xié)議,OCP-IP選擇SystemC作為發(fā)布基于其自身的通信信道的TLM的主語言，而OSCI的TLM工作組則正在定義一個(gè)TLM的應(yīng)用程序接口，并希望在雙方的努力下將OCP-IP的TLM建立在該應(yīng)用程序接口之上。它們的合作消除了不同標(biāo)準(zhǔn)競爭的可能性，給用戶帶來了福音。

斷言在SystemC中的應(yīng)用

許多設(shè)計(jì)者現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用斷言(Assertion)做為一種驗(yàn)證手段，用它來建立體現(xiàn)他們的設(shè)計(jì)意圖的規(guī)則，然后在驗(yàn)證過程中用這些規(guī)則來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)。斷言做為一種手段或方法是與所使用的設(shè)計(jì)語言無關(guān)的，用Cadence公司功能驗(yàn)證組的架構(gòu)師Stuart Swan先生的話來說就是“PSL(Property Specification Language一種斷言描述語言)也可以應(yīng)用在SystemC中，而且Cadence已經(jīng)開始這么做了?！盤SL已經(jīng)被Accellera批準(zhǔn)而且將要進(jìn)入IEEE的正式標(biāo)準(zhǔn)化過程，目前支持Verilog和VHDL語言，對(duì)SystemC的支持勢(shì)在必行。

OSCI已經(jīng)為PSL在SystemC標(biāo)準(zhǔn)化做了許多工作以保證與已有的標(biāo)準(zhǔn)兼容。PSL和其他斷言描述語言相比的優(yōu)勢(shì)在于它和底層的設(shè)計(jì)語言無關(guān)，因此避免了不同語言的模塊或IP帶來的兼容性問題。不過現(xiàn)在還有許多工作要做，例如建立PSL和不同的設(shè)計(jì)語言共同使用時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，目前在這方面還較混亂和隨意，幸好IEEE已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)，而且已將其提到了議事日程上。

可綜合的SystemC語言

雖然現(xiàn)在大部分的SystemC應(yīng)用還處于較高的層次，如算法和系統(tǒng)架構(gòu)，不過可綜合的SystemC語言的標(biāo)準(zhǔn)化工作也從來沒有停止過。幾家公司，如CoWare，Summit和Mentor Graphics各自的工具都使用不同的可綜合子集，因此不符合用戶對(duì)設(shè)計(jì)可移植的要求，OSCI中的綜合工作組正在審查可綜合的子集文檔以便能公開讓所有的OSCI成員瀏覽。一旦內(nèi)部審查結(jié)束，預(yù)計(jì)這些文檔能在2005年初公開發(fā)布，然后在晚些時(shí)候提交給IEEE開始標(biāo)準(zhǔn)化工作。綜合工作組還有一項(xiàng)未開展的工作就是編輯SystemC的編寫指導(dǎo)文檔，這些文檔將會(huì)告訴用戶如何使用SystemC才能達(dá)到好的綜合效果，這一工作大概也會(huì)在2005年開始。

SystemC和SystemVerilog

設(shè)計(jì)師早期對(duì)SystemC的一些擔(dān)憂已經(jīng)消除不少，不過人們還是擔(dān)心缺少SystemC的IP。不過業(yè)界的IP提供商，比如ARM已經(jīng)開始行動(dòng)起來，做為其合作者Synopsys開發(fā)出了Design Ware AMBA SystemC庫，包括AMBA AHB和APB事務(wù)級(jí)總線模型，符合ARM的AMBA2傳輸層SystemC規(guī)范，從而確保了完全與ARM的SystemC處理器模型RealView Model庫兼容。

另外的擔(dān)心是關(guān)于現(xiàn)在的IP，如果用戶已經(jīng)有了RTL模塊，他們從哪里得到相應(yīng)的SystemC模塊呢?就像Toshiba的SoC設(shè)計(jì)總監(jiān)Bob Uvacek先生所面臨的一樣，他們是OCP的忠實(shí)跟隨者，在設(shè)計(jì)中感受到了OCP的好處，但是他們?cè)跊]有一個(gè)可完全自動(dòng)化地完成SystemC和RTL相互轉(zhuǎn)換的工具出現(xiàn)以前，對(duì)在設(shè)計(jì)中采用SystemC還是很猶豫。實(shí)際上已經(jīng)有一些工具可以進(jìn)行從RTL到C的反向轉(zhuǎn)換工作，但其實(shí)如果遵循自上而下的設(shè)計(jì)流程完全可以減少對(duì)這類型的工具的需求，不過前提是SystemC的IP要足夠的多和廣泛。

對(duì)于新興的System Verilog語言來說，情況要好很多。在2004年的設(shè)計(jì)自動(dòng)化大會(huì)上，OSCI的主席Guido Amout先生和現(xiàn)在負(fù)責(zé)System Verilog語言標(biāo)準(zhǔn)化的組織Accellera的主席Dennis Brophy先生聯(lián)合發(fā)表演講表示SystemC和System Verilog是互補(bǔ)的。這樣的互補(bǔ)性使真正的ESL設(shè)計(jì)流程變成現(xiàn)實(shí)，因而讓用戶的驗(yàn)證流程能跨越從算法到RTL的所有層次，并能擴(kuò)展到嵌入式軟件和硬件協(xié)同驗(yàn)證以及覆蓋率信息統(tǒng)計(jì)。

總結(jié)

經(jīng)過幾年的發(fā)展，SystemC已漸漸得到用戶的認(rèn)可并且成為系統(tǒng)架構(gòu)師常用的建模語言。其在TLM方面的優(yōu)越性使它非常勝任和RTL的協(xié)同仿真以及軟硬件系統(tǒng)仿真。同時(shí)在斷言、可綜合子集和同System Verilog的合作方面也在向標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)。相信在不久的將來，SystemC就會(huì)成為IEEE的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而得到更多用戶的認(rèn)可。

對(duì)于SoC設(shè)計(jì)者來說，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到向更高的抽象層次轉(zhuǎn)移只會(huì)有利于他們更快更好地完成設(shè)計(jì)，這只是一個(gè)時(shí)間問題。伴隨著這個(gè)過程，SystemC也會(huì)長足地發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)支持它的工具和方法進(jìn)入市場。