由于對更多功能、設備移動性和改進可用性的需求不斷增加，片上系統 （SoC） 開發成本繼續快速增長。這些新功能需要在多核硬件和其他專用加速器上執行更復雜的軟件，以滿足功率和性能要求。設計團隊的生產力沒有跟上復雜性的增長，導致開發時間延長。由于這個和其他因素，復雜 SoC 的開發成本接近 1 億美元，要求公司銷售數千萬個單元才能從該投資中獲得利潤。

開發和集成低層硬件依賴軟件的任務通常處于系統項目的關鍵路徑上，并且具有降低項目成本的最大潛力。問題在于，軟件開發通常要等到詳細且經過驗證的硬件模型可用后才能開始，即使這些模型也可能無法完全滿足系統要求。軟件/硬件集成發生在項目結束時，此時更改成本高昂且實施時間長。修復通常僅限于軟件，導致硬件欠佳或忽略關鍵功能。

硬件和軟件及其交互的功能驗證是系統項目關鍵路徑上的另一項任務。SoC 和軟件中不斷增加的功能范圍正在提高設計復雜性，并以指數方式推高功能驗證成本。此外，大多數當前的設計流程將設計捕獲為寄存器傳輸級別 （RTL） 描述，這是一種較為詳細的格式，使得更改難以實施且驗證速度較慢。許多錯誤是在計劃結束時發現的，需要昂貴的迭代來修復和重新驗證系統。

業界越來越支持使用事務級建模 （TLM） 作為并行硬件和軟件開發以及加快從設計到芯片的路徑的一種方式。盡管業界對 TLM 產生了廣泛的興趣，但使用 TLM 開發真正可互操作的 IP 的標準方法的創建卻因不同的方法而停滯不前。克服差異并為 SoC IP 互操作性定義統一的方法可以解決硬件和軟件之間更緊密相互依賴的新現實，從而使半導體公司能夠顯著降低風險和成本。

IP 創建的自動化方法

硬件虛擬原型和高級綜合為系統設計提供了顯著的優勢，但由于它們使用不同的硬件模型，它們在很大程度上仍然是脫節的。為虛擬原型設計、IP 綜合和功能驗證創建單個 TLM 模型可以消除模型不同時可能出現的重復工作和軟件質量問題。

虛擬原型將專用處理器模型與設計 IP 的 TLM 模型相結合，為開發依賴于硬件的軟件驅動程序提供了一個平臺（如圖 1 所示）。TLM IP 模型提供了硬件的準確表示，并作為 RTL 高級綜合的單一來源。

圖 1：虛擬原型通過將專用處理器模型與設計 IP 的 TLM 模型相結合，為開發依賴于硬件的軟件驅動程序提供了一個平臺。

高級綜合作為一種使能技術已經成熟，現在可以支持大多數常見的硬件結構，使得使用 TLM 作為“黃金來源”開發整個 SoC 成為可能。更少的源代碼行與更少的錯誤相關。更高抽象級別的仿真速度更快，因此功能驗證計劃更短，這意味著在項目中更早地發現了錯誤。

此外，可以為 TLM 和 RTL 構建一個單一的、可重復使用的功能驗證環境。這降低了重用 IP 的成本，因為高級綜合工具可以將 TLM 描述映射到新架構。此外，自動集成工程變更單的高級綜合工具可以快速實施后期錯誤修復或較小的需求變更。

在將系統約束與高級邏輯設計源代碼完全分離后，可以通過更改綜合約束將 IP 重新用于新架構。抽象和自動化增加了創建邏輯的工程師的生產力。然而，高級綜合的全部優勢無法通過僅生成 RTL 并使用當前 RTL-to-GDSII 流程的流程來實現。TLM 實施流程必須優化整個過程，從讀取 TLM 到生成結果布局。

功能驗證需要一種自動化方法來探索設計的極端情況行為并提高驗證工程師的工作效率，因為他們指定了范圍廣泛的系統操作條件。開放式驗證方法 （OVM） 是適用于 TLM 和 RTL 設計的行業標準驗證方法。利用 OVM，設計團隊可以定義一種驗證方法，最大限度地減少將驗證環境從 TLM 遷移到 RTL 所需的工作量，并在整個過程中重用代碼。衡量設計功能行為的指標可以將驗證工作集中在那些尚未觀察到的系統行為上，而不是重復以前的覆蓋范圍。

為了實現所有這些優勢，需要一種新的 IP 建模方法來統一早期的軟件開發和硬件設計。該方法必須能夠創建支持早期軟件開發、功能驗證和高級綜合的 TLM 模型，同時與現有的 RTL 方法基礎設施集成。單個模型減少了工作量以及編碼過程中引入的錯誤。隨著這種方法得到更廣泛的采用，它定義了在整個企業內重用 IP 并改變第三方 IP 生態系統的新機會。

新的 TLM IP 類別

基于 TLM 的虛擬原型設計、綜合和功能驗證解決方案的出現將定義一組新的 IP 類別。每個類別都是整體設計流程的一部分，并為公司和第三方 IP 業務的可重用性提供了機會。統一的方法必須包含以下所有 IP 類型，以實現完整的 TLM 解決方案：

功能設計 IP：計算（不是接口或總線）邏輯，通常用于綜合

虛擬原型 IP：用于開發軟件的計算（不是接口或總線）邏輯

綜合約束 IP：綜合工具的面積、時序、功耗和其他指南

SoC 估計 IP：芯片級估計的面積、時序和功率表征

功能性交易商 IP：用于虛擬原型和綜合的引腳級模型的總線或接口

同步交易者 IP：兩個 IP 塊之間通信的可綜合模型

驗證 IP：模擬外部驅動程序、檢查正確性和測量完整性的代碼

驗證計劃：驗證階段和衡量成功完成的指標

行業知識產權趨勢

作為第一個關鍵步驟，業界正在對 TLM 進行標準化，使用 SystemC 來表示系統硬件并實現虛擬原型模型開發的廣泛采用。其他新興標準使用 TLM 對旨在用于綜合的硬件進行建模，并使用標準來定義可重復使用的測試平臺，以便跨多個抽象級別進行功能驗證。目標是協調所有這些方法和 IP 類型，并支持創建支持早期硬件和軟件開發以及更高生產率的系統集成和驗證的單一硬件模型（如圖 2 所示）。

圖 2：單個硬件模型必須結合標準化方法和 IP 類型，以支持跨多個抽象級別的功能驗證。

IP 可重用性是統一方法的主要驅動力。多年前，RTL 重用的統一定義擴大了公司圍繞 IP 組建的機會。對于 TLM IP，IP 重用的目標是 RTL IP 重用的超集。IP 需要支持用于早期軟件開發的事務級虛擬原型，使用高級綜合來探索不同架構的高生產力設計流程，以及 TLM 和集成 TLM IP 的 SoC 的高級功能驗證。

爆炸式增長的系統開發成本和縮短的時間表正在推動行業采用 TLM，這是一種新的抽象級別，可以實現更早的軟件開發和更高效的硬件設計和實施。向這種新抽象的過渡將通過提供新功能和降低維護成本來加強 IP 行業。TLM 應該被視為一個為 IP 產品增加更高價值的機會。

審核編輯：郭婷