Hardware-Software Interface Design for Global Memory Intégration in System on Chip
Conception des interfaces logiciel-matériel pour l'intégration des mémoires globales dans les systèmes monopuces
Résumé
Embedded memory is becoming a new paradigm allowing entire systems to be built on a single chip. In the near future, new developments in process technology will allow the integration of more than 100 Mbits of DRAM and 200 millions gates of logic onto the same chip. According to Semiconductor Industry Association and ITRS prevision, embedded memory will continue to dominate SoC content in the next several years, approaching 94% of the die area by year 2014.
Memory Reuse based design is emerging to close the gap between this steadily increasing capacity and the design productivity in terms of designed transistors per time unit. This solution can be ideal in the case of homogeneous architecture where all the components have the same interfaces and use the same communication protocols, which is not the case for system on chip. However, the integration of several memory IP into a system on a chip makes specification and implementation of hardware-software interfaces a dominant design problem. Indeed, memory interface design is still hand-made, it is time-consuming and it is error prone. For these raisons, the design automation of these memory interfaces becomes crucial.
The contribution of this thesis consists on systematic method of hardware-software interfaces design for global memory. These interfaces correspond to flexible hardware wrappers connecting the memory to the communication network, and software drivers adapting the application software to the target processors. Experiments on image processing applications confirmed a saving of significant design time and proved the flexibility as well as the weak communication and the area overhead.
Memory Reuse based design is emerging to close the gap between this steadily increasing capacity and the design productivity in terms of designed transistors per time unit. This solution can be ideal in the case of homogeneous architecture where all the components have the same interfaces and use the same communication protocols, which is not the case for system on chip. However, the integration of several memory IP into a system on a chip makes specification and implementation of hardware-software interfaces a dominant design problem. Indeed, memory interface design is still hand-made, it is time-consuming and it is error prone. For these raisons, the design automation of these memory interfaces becomes crucial.
The contribution of this thesis consists on systematic method of hardware-software interfaces design for global memory. These interfaces correspond to flexible hardware wrappers connecting the memory to the communication network, and software drivers adapting the application software to the target processors. Experiments on image processing applications confirmed a saving of significant design time and proved the flexibility as well as the weak communication and the area overhead.
Grâce à l'évolution de la technologie des semi-conducteurs, aujourd'hui on peut intégrer sur une seule puce ce qu'on mettait sur plusieurs puces ou cartes il y a une dizaine d'années. Dans un futur proche, cette évolution permettra l'intégration de plus de 100 Mbits de DRAM et 200 millions de portes logiques dans la même puce. D'après les prévisions de l'association d'industrie de semi-conducteur et d'ITRS, les mémoires embarquées continueront de dominer la surface des systèmes monopuces dans les années qui viennent, à peu près 94 % de la surface totale en 2014.
La conception à base de réutilisation d'IP mémoire est survenue pour réduire le fossé entre cette grande capacité d'intégration et la faible production de mémoire. Cette solution peut être idéale dans le cas d'une architecture homogène où tous les éléments ont les mêmes interfaces et utilisent les mêmes protocoles de communication, ce qui n'est pas le cas pour les systèmes monopuces. Pour rendre cette solution efficace, le concepteur doit consacrer beaucoup d'efforts pour la spécification et l'implémentation des interfaces logiciel-matériel. Vu la pression du temps de mise sur le marché (" time to market "), l'automatisation de la conception de ces interfaces d'adaptation est devenue cruciale.
La contribution de cette thèse concerne la définition d'une méthode systématique permettant la conception des interfaces logiciel-matériel spécifiques aux mémoires globales. Ces interfaces correspondent à des adaptateurs matériels flexibles connectant la mémoire au réseau de communication, et à des pilotes d'accès adaptant le logiciel de l'application aux processeurs cibles. Des expériences sur des applications de traitement d'images ont montré un gain de temps de conception important et ont prouvé la flexibilité de ces interfaces ainsi que leur faible surcoût en surface et en communication.
La conception à base de réutilisation d'IP mémoire est survenue pour réduire le fossé entre cette grande capacité d'intégration et la faible production de mémoire. Cette solution peut être idéale dans le cas d'une architecture homogène où tous les éléments ont les mêmes interfaces et utilisent les mêmes protocoles de communication, ce qui n'est pas le cas pour les systèmes monopuces. Pour rendre cette solution efficace, le concepteur doit consacrer beaucoup d'efforts pour la spécification et l'implémentation des interfaces logiciel-matériel. Vu la pression du temps de mise sur le marché (" time to market "), l'automatisation de la conception de ces interfaces d'adaptation est devenue cruciale.
La contribution de cette thèse concerne la définition d'une méthode systématique permettant la conception des interfaces logiciel-matériel spécifiques aux mémoires globales. Ces interfaces correspondent à des adaptateurs matériels flexibles connectant la mémoire au réseau de communication, et à des pilotes d'accès adaptant le logiciel de l'application aux processeurs cibles. Des expériences sur des applications de traitement d'images ont montré un gain de temps de conception important et ont prouvé la flexibilité de ces interfaces ainsi que leur faible surcoût en surface et en communication.
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