System-level synthesis and hardware/software codesign
Synthèse au niveau système et conception de systèmes mixtes logiciels/matériels
Résumé
The objective of this thesis is to develop a system-level specification and synthesis approach that allows an interactive hardware/software codesign of applications onto multiprocessor architectures composed of ASICs, FPGAs, or software processors. This thesis presents a hardware/software codesign methodology that starts with a specification given in the system-level description language, called SDL, and generates, through an intermediate representation called Solar, hardware and software descriptions in VHDL and C languages respectively. Two main steps are required in order to transform this specification into mixed hardware/software descriptions used for synthesising the hardware and compiling the software parts. Firstly, a system-level partitioning step is needed in order to transform, and split the model into a set of communicating subsystems. Secondly, a communication synthesis step, including protocol selection and interface generation tasks, is needed in order to refine the model into a set of interconnected subsystems. Each of these subsystems is described either in C code or in VHDL. Software parts may be compiled for a standard microprocessor and hardware parts may feed existing high-level synthesis tools in order to programme FPGAs or design ASICs.
L'objet de ces travaux de thèse est d'étudier la spécification et la synthèse de systèmes de contrôle, qui peuvent être composés à la fois de logiciel et de matériel, sur des architectures multiprocesseurs (ASIC, FPGA, et logiciel). Ce sujet de recherche fait partie à la fois de la synthèse de systèmes VLSI et de la conception mixte logicielle/matérielle. Afin d'atteindre ces objectifs, une méthodologie qui permet de concevoir conjointement le logiciel et le matériel a été développée. L'originalité de ce travail vient du fait que les spécifications à traiter sont décrites à un très haut niveau d'abstraction, appelé “niveau système”, avec le langage SDL. Ceci permet de concevoir des applications de plus en plus complexes. Ces travaux traitent principalement le problème du découpage de systèmes de contrôle en sous-systèmes de granularité plus fine et donc plus facilement synthétisables. L'approche de découpage qui a été développée se base sur une boîte à outils qui offre au concepteur le moyen de transformer, raffiner, découper un système puis d'affecter chaque sous-système à une technologie particulière en logiciel (C) ou en matériel (VHDL). La méthode de découpage suivie est interactive et utilise une forme intermédiaire basée sur un modèle de machines à états finis étendues communicantes via des canaux abstraits. Une autre tâche tout aussi importante dans cette méthodologie de raffinement est de synthétiser la communication entre les différentes partitions résultat d'un découpage. Cela se traduit par une étape d'allocation de protocoles de communication et une étape de synthèse d'interfaces entre les sous-systèmes communicants. La première étape consiste à sélectionner dans une bibliothèque les modèles de communication nécessaires entre les sous-systèmes. La deuxième étape consiste à adapter ou générer les interfaces des différents sous-systèmes.