Der UMC 0.18 Design Flow am Beispiel eines PDA ... - Mpc.belwue.de

Vom UML-Modell einer Zustandsmaschine zu deren
VHDL- und SystemC-Architektur
Vom UML-Modell einer Zustandsmaschine zu deren VHDLund
SystemC-Architektur
M. Holzer, T. Greiner, F. Schumacher, F. Kesel
Hochschule Pforzheim, MERSES 1 - Zentrum für Angewandte Forschung
www.merses.de, merses@hs-pforzheim.de
Diese Arbeit entstand im Rahmen des Zentrums
für Angewandte Forschung MERSES 1 an der
Hochschule Pforzheim und beschäftigt sich mit
der automatischen Erzeugung von synthetisierbaren
VHDL- und SystemC-Architekturen aus
funktionalen UML-Zustandsmaschinenmodellen.
Dabei kommen Methoden und etablierte Werkzeuge
der Modellgetriebenen Softwareentwicklung
(eng. Model Driven Software Development:
MDSD) zum Einsatz.
Im ersten Schritt des Generierungsprozesses wird
mittels Modell-zu-Modell-Transformation die UML-
Spezifikation der Zustandsmaschine, unter
Berücksichtigung eines selbst entworfenen Metamodells,
in ein zielsprachenunabhängiges Zwischenmodell
übersetzt. Während der Transformation
wird das UML-Modell gegen die durch
das Metamodell definierten Restriktionen geprüft
und dem Benutzer gegebenenfalls Warnungen
oder Fehlermeldungen angezeigt. War die Erzeugung
des Zwischenmodells erfolgreich, wird Quellcode
für jede Zielsprache mittels eigenem Satz
von Generator-Templates erzeugt. Zusätzlich zu
den erzeugten Architektur-Quellcode-Dateien,
wird eine VHDL-Testbench für den funktionalen
Test der Zustandsmaschine und ein Simulationsskript
für den automatisierten Testablauf
mit dem HDL-Simulationswerkzeug Modelsim
(Mentor Graphics) erzeugt. Um eine bessere
Strukturierung und Skalierbarkeit zu
gewährleisten, werden hierarchische UML-
Zustandsmaschinen unterstützt. Dabei sind
sowohl einfache als auch parallele Unterzustandsmaschinen
möglich.
1 MERSES: Modellgestützte Entwurfs- und Realisierungsmuster
für Signalverarbeitende Eingebettete
Systeme - Zentrum für Angewandte Forschung. Das
ZAFH MERSES wird gefördert durch die Europäische
Union, Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
und das Land Baden-Württemberg, Ministerium für
Wissenschaft, Forschung und Kunst.
Der beschriebene Generator-Workflow wurde
mittels der Programmiersprache Java und dem
Generator-Framework openArchitectureWare
(oAW) in ein eigenständiges EDA-Werkzeug mit
grafischer Benutzeroberfläche integriert.
1. Einleitung
Um komplexe Signalverarbeitungssysteme - oft im
mobilen Umfeld - in eingebettete Systeme zu integrieren,
kommen heutzutage immer öfter sogenannte
System-on-Chip-Lösungen (SoC) zum Einsatz, bei
denen das gesamte System, bzw. Subsysteme auf
einem einzigen Chip integriert werden. Um die
Entwicklung solcher komplexer VLSI-Designs
effizienter zu gestalten und der Forderung nach
kürzeren Entwicklungszyklen (time to market) folge
leisten zu können, sind die Schlüsselfaktoren
Abstraktion [1] und Wiederverwendbarkeit [2] von
einzelnen Modulen besonders wichtig. Dazu werden
immer mehr modellgestützte Beschreibungsmöglichkeiten
für die einzelnen Algorithmenblöcke
verwendet. Dabei führt eine Anhebung des Abstraktionsniveaus
einzelner Systemkomponenten zu
übersichtlicheren und kompakteren Systemspezifikationen,
die eine geringere Fehleranfälligkeit aufweisen.
Um dem zweiten Schlüsselfaktor zur Produktivitätssteigerung
im Bereich des Hardwareentwurfs gerecht
zu werden, sollten im Entwicklungsprozess möglichst
viele vorhandene und getestete Komponenten, sogenannte
IP-Module (eng. Intellectual Property: IP),
wiederverwendet werden. Die wichtigsten Eigenschaften
von IP-Modulen sind Rechenleistung,
Energieverbrauch und Flächenbedarf auf dem Chip
und meist gegenläufig [1]. Deren Bedeutung ist vom
Einsatzfeld und den damit verbundenen
Anforderungen an das Gesamtsystem abhängig.
Hieraus resultiert, dass je stärker ein IP-Modul
parametrisierbar bezüglich dieser äußeren, von
seinem Einsatzfeld getriebenen Systemanforderungen
ist, desto universeller kann es an die
individuellen Erfordernisse eines Systems angepasst
werden und somit seine Fähigkeit zur
Wiederverwendung erhöht werden, was ebenfalls für
MPC-Workshop, Juli 2009
71