Improving the simulation performance of event-driven and cycle-based simulation techniques of HDL models
Amélioration de performance de la simulation des modèles décrits en langages de description de matériel
Résumé
The growing complexity of electronic systems stimulated by IC's technology progress demands a corresponding growth of the productivity of design and verification methods. The low performance of simulation is one of the obstacles preventing a delivery of high quality products in a short time and at a low cost. In this thesis we propose methods aimed at improving the simulation performance of event-driven and cycle-based simulation techniques of HDL models. Automated optimization and transformation methods of VHDL models, developed to accelerate the event-driven simulation are presented first. These methods, based on the precise measure of simulation performance of VHDL language constructs, convert an initial VHDL model into another functionally equivalent VHDL model offering a better simulation performance. Other acceleration techniques, denoted as abstraction methods, focus on removing from a model all irrelevant details of its behavior or structure. We propose three such methods: behavioral abstraction, data-type abstraction and object abstraction. Prototype tools compatible with currently used simulators are developed to support automatic application of these methods. For the purpose of improving of the cycle-based simulation efficiency a representation of a digital system by high-level decision diagrams (DDs) is introduced. Some forms of DDs: vector decision diagrams, compressed or not (VDDs and CVDDs) and register-oriented DDs are developed to optimize
the representation of a system at different levels of abstraction. In addition, new simulation algorithms of a network of DDs are proposed to further accelerate the simulation execution. These algorithms implement
separately or in combination two simulation techniques: the event-driven and back-tracing techniques. The prototype tools are build, based on the DDs simulator, which allow to efficiently simulate various types of decision diagrams with appropriate simulation algorithms
the representation of a system at different levels of abstraction. In addition, new simulation algorithms of a network of DDs are proposed to further accelerate the simulation execution. These algorithms implement
separately or in combination two simulation techniques: the event-driven and back-tracing techniques. The prototype tools are build, based on the DDs simulator, which allow to efficiently simulate various types of decision diagrams with appropriate simulation algorithms
La complexité des systèmes électroniques, due au progrès de la technologie microélectronique, nécessite une augmentation correspondante de la productivité des méthodes de conception et de vérification. Une faible performance de la simulation est un des obstacles majeurs à une conception rapide et peu coûteuse de produits de haute qualité. Dans cette thèse nous
proposons des méthodes pour améliorer la performance d'une simulation dirigée par événements ou par horloge de modèles décrits en langages de description de matériel. Nous présentons d'abord les méthodes automatisées d'optimisation et de transformation de modèles VHDL, pour l'accélérer la simulation
dirigée par événements. Elles sont fondées sur une analyse précise de la performance en simulation de diverses constructions du langage VHDL, et permettent de convertir le modèle initial en un autre modèle
plus efficace, tout en garantissant l'invariance de son comportement. D'autres techniques d'accélération utilisent l'abstraction du modèle : abstraction comportementale, de types de données ou d'objets et permettent de supprimer du modèle des détails inutiles dans le cas d'une simulation particulière. Des outils prototype compatibles avec les simulateurs
existants sont développés. Pour améliorer l'efficacité de la simulation dirigée par horloge, nous introduisons une représentation de la fonctionnalité du système par graphes de décision de haut niveau (DDs). Diverses formes de DDs
– graphes vectoriels, compressés ou non et graphes orientés registres
– sont définis pour optimiser une représentation du système sur plusieurs niveaux d'abstraction. De plus, de nouveaux algorithmes plus rapides d'évaluation des réseaux de DDs sont développés. Ils emploient, seuls ou en combinaison, les deux techniques de simulation : la technique dirigée par événements et l'évaluation rétrogradée. L'ensemble des prototypes fondé sur ces méthodes permet d'obtenir un gain de performances prometteur par rapport aux outils commerciaux
proposons des méthodes pour améliorer la performance d'une simulation dirigée par événements ou par horloge de modèles décrits en langages de description de matériel. Nous présentons d'abord les méthodes automatisées d'optimisation et de transformation de modèles VHDL, pour l'accélérer la simulation
dirigée par événements. Elles sont fondées sur une analyse précise de la performance en simulation de diverses constructions du langage VHDL, et permettent de convertir le modèle initial en un autre modèle
plus efficace, tout en garantissant l'invariance de son comportement. D'autres techniques d'accélération utilisent l'abstraction du modèle : abstraction comportementale, de types de données ou d'objets et permettent de supprimer du modèle des détails inutiles dans le cas d'une simulation particulière. Des outils prototype compatibles avec les simulateurs
existants sont développés. Pour améliorer l'efficacité de la simulation dirigée par horloge, nous introduisons une représentation de la fonctionnalité du système par graphes de décision de haut niveau (DDs). Diverses formes de DDs
– graphes vectoriels, compressés ou non et graphes orientés registres
– sont définis pour optimiser une représentation du système sur plusieurs niveaux d'abstraction. De plus, de nouveaux algorithmes plus rapides d'évaluation des réseaux de DDs sont développés. Ils emploient, seuls ou en combinaison, les deux techniques de simulation : la technique dirigée par événements et l'évaluation rétrogradée. L'ensemble des prototypes fondé sur ces méthodes permet d'obtenir un gain de performances prometteur par rapport aux outils commerciaux
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