[发明专利]一种面向GPU芯片图形管线单元的架构验证方法及平台

说明书

本发明涉及计算机硬件验证技术领域，尤其涉及一种面向图形处理单元GPU芯片图形管线单元架构验证方法及平台本发明采用的方法是搭建基于SystemC的图形处理单元GPU芯片TLM虚拟原型平台(该虚拟原型验证平台包括主机、ROM、显示器、DDR0、DDR1和GPU)，通过仿真的方式对图形管线单元架构涉及到的软硬件协同配合、寄存器定义和硬件结构进行验证，改进了传统的以文档为载体的架构分析，提高了系统架构设计、验证的效率，加快了GPU芯片后续阶段的工作进度。

技术领域

本发明涉及计算机硬件验证技术领域，尤其涉及一种基于SystemC TLM虚拟原型的GPU架构验证平台。

背景技术

随着图形化应用的不断增加，早期单靠CPU进行图形绘制的解决方案已经难以满足成绩和技术增长的图形处理需求，图形处理器（Graphic Processing Unit，GPU）应运而生。从1999年Nvidia发布第一款GPU产品至今，GPU技术的发展主要经历了固定功能流水线阶段、分离染色器架构阶段、统一染色器架构阶段，其图形处理能力不断提升，应用领域也从最初的图形绘制逐步扩展到通用计算领域。GPU流水线高速、并行的特征和灵活的可编程能力，为图形处理和通用并行计算提供了良好的运行平台。

对于类似于GPU这样的超大规模集成电路芯片的软/硬件架构、设计，如何完成从传统的规格说明书文档到硬件RTL电路实现的跨越，成为工程实践过程中一个重要的、急待解决的问题。为了缩短从系统架构文档到硬件RTL电路实现之间的巨大鸿沟，必须要在这两个阶段之间采用一种高级建模语言对整个电路系统的功能、架构进行描述，同时又不能陷入硬件电路繁杂的信号时序、门电路之中。

事务级模型(Transaction Level Models ，TLM)是比 RTL级更高的抽象级别，在此级别可以根据系统的初始功能规范快速建立硬件的可执行规范、快速创建系统模型。通过在其中加入时序细节，可以评估系统的性能、探索系统的结构。

SystemC 是 OSCI (Open SystemC Initiative)组织制定和维护的一种基于 C++的建模平台，它完全是用 C++语言编写的，由经过精心设计的 C++类库和仿真内核构成，支持门级、RTL级、系统级等各个抽象层次上硬件的建模和仿真，而且是开放源代码的。SystemC 支持硬件/软件协同设计，能够描述由硬件和软件组成的复杂系统的结构，支持在C++环境下对硬件、软件和接口的描述。用 SystemC 可以实现功能模块、通信模块、软件模块和硬件模块在各种系统级层次上的抽象，其引进的端口和信号的数据类型描述、时钟和延时的概念，正是基于要把软硬件的描述统一到一种建模语言的思想。用SystemC可以快速有效地建立软件算法的精确模型、硬件的体系结构、SoC 的接口和系统级的设计，并对设计进行仿真、验证和优化（用 SystemC 建模，其仿真速度一般是用 VHDL或 Verilog 建模的10~100 倍）。SystemC 最基本的结构单元是模块(module )，模块可以包含其他模块或过程(process)和方法(method)，过程如同 C 语言中的函数用以实现某一行为。模块通过接口(port) 与其他模块通信，接口之间用信号(Signal) 相连。一个完整的系统由多个模块组成，每个模块包含一个或多个过程和方法，过程是平行工作的，它们之间通过信号来通信。时钟 Clock 是一种特殊的信号在仿真时用以控制时序及使过程同步。基于 SystemC 的设计方法支持设计者在不同层次上建模，减小了代码量和工作量，提供了更高的工作效率，SystemC 与传统的方法相比可以更为高效快速地进行仿真。

发明内容

基于背景技术中存在的问题，本发明提供的一种基于SystemC TLM虚拟原型的GPU架构验证平台，能够借助GPU的TLM虚拟原型平台，通过仿真的方式来证明GPU架构的软硬件协同配合、硬件模块间的交互是否符合预期，改进了以往以文档为载体的硬件架构分析，加快了GPU芯片RTL开发和验证工作。