[發明專利]一種面向GPU芯片圖形管線單元的架構驗證方法及平臺

有效

• 申請號: 201811510326.3
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109710229B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 吳曉成;張少鋒;姜麗云;陳佳;樓曉強;鄭新建
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G06F8/30
• 分類號: G06F8/30
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發明涉及計算機硬件驗證技術領域，尤其涉及一種面向圖形處理單元GPU芯片圖形管線單元架構驗證方法及平臺本發明采用的方法是搭建基于SystemC的圖形處理單元GPU芯片TLM虛擬原型平臺(該虛擬原型驗證平臺包括主機、ROM、顯示器、DDR0、DDR1和GPU)，通過仿真的方式對圖形管線單元架構涉及到的軟硬件協同配合、寄存器定義和硬件結構進行驗證，改進了傳統的以文檔為載體的架構分析，提高了系統架構設計、驗證的效率，加快了GPU芯片后續階段的工作進度。

技術領域

本發明涉及計算機硬件驗證技術領域，尤其涉及一種基于SystemC TLM虛擬原型的GPU架構驗證平臺。

背景技術

隨著圖形化應用的不斷增加，早期單靠CPU進行圖形繪制的解決方案已經難以滿足成績和技術增長的圖形處理需求，圖形處理器（Graphic Processing Unit，GPU）應運而生。從1999年Nvidia發布第一款GPU產品至今，GPU技術的發展主要經歷了固定功能流水線階段、分離染色器架構階段、統一染色器架構階段，其圖形處理能力不斷提升，應用領域也從最初的圖形繪制逐步擴展到通用計算領域。GPU流水線高速、并行的特征和靈活的可編程能力，為圖形處理和通用并行計算提供了良好的運行平臺。

對于類似于GPU這樣的超大規模集成電路芯片的軟/硬件架構、設計，如何完成從傳統的規格說明書文檔到硬件RTL電路實現的跨越，成為工程實踐過程中一個重要的、急待解決的問題。為了縮短從系統架構文檔到硬件RTL電路實現之間的巨大鴻溝，必須要在這兩個階段之間采用一種高級建模語言對整個電路系統的功能、架構進行描述，同時又不能陷入硬件電路繁雜的信號時序、門電路之中。

事務級模型(Transaction Level Models ，TLM)是比 RTL級更高的抽象級別，在此級別可以根據系統的初始功能規范快速建立硬件的可執行規范、快速創建系統模型。通過在其中加入時序細節，可以評估系統的性能、探索系統的結構。

SystemC 是 OSCI (Open SystemC Initiative)組織制定和維護的一種基于 C++的建模平臺，它完全是用 C++語言編寫的，由經過精心設計的 C++類庫和仿真內核構成，支持門級、RTL級、系統級等各個抽象層次上硬件的建模和仿真，而且是開放源代碼的。SystemC 支持硬件/軟件協同設計，能夠描述由硬件和軟件組成的復雜系統的結構，支持在C++環境下對硬件、軟件和接口的描述。用 SystemC 可以實現功能模塊、通信模塊、軟件模塊和硬件模塊在各種系統級層次上的抽象，其引進的端口和信號的數據類型描述、時鐘和延時的概念，正是基于要把軟硬件的描述統一到一種建模語言的思想。用SystemC可以快速有效地建立軟件算法的精確模型、硬件的體系結構、SoC 的接口和系統級的設計，并對設計進行仿真、驗證和優化（用 SystemC 建模，其仿真速度一般是用 VHDL或 Verilog 建模的10~100 倍）。SystemC 最基本的結構單元是模塊(module )，模塊可以包含其他模塊或過程(process)和方法(method)，過程如同 C 語言中的函數用以實現某一行為。模塊通過接口(port) 與其他模塊通信，接口之間用信號(Signal) 相連。一個完整的系統由多個模塊組成，每個模塊包含一個或多個過程和方法，過程是平行工作的，它們之間通過信號來通信。時鐘 Clock 是一種特殊的信號在仿真時用以控制時序及使過程同步。基于 SystemC 的設計方法支持設計者在不同層次上建模，減小了代碼量和工作量，提供了更高的工作效率，SystemC 與傳統的方法相比可以更為高效快速地進行仿真。

發明內容

基于背景技術中存在的問題，本發明提供的一種基于SystemC TLM虛擬原型的GPU架構驗證平臺，能夠借助GPU的TLM虛擬原型平臺，通過仿真的方式來證明GPU架構的軟硬件協同配合、硬件模塊間的交互是否符合預期，改進了以往以文檔為載體的硬件架構分析，加快了GPU芯片RTL開發和驗證工作。