Contributions to the Transaction-Level Modeling of Systems-on-a-Chip

par Giovanni Funchal

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Florence Maraninchi et de Matthieu Moy.

Le président du jury était Robert de Simone.

Le jury était composé de Emmanuel Casseau, Laurent Maillet-Contoz.

Les rapporteurs étaient Reinhard Von Hanxleden.

  • Titre traduit

    Contributions à la modélisation transactionnelle des systèmes sur puce


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la modélisation des systèmes-sur-puce au niveau transactionnel, une approche connue sous le nom de prototypage virtuel. Les prototypes virtuels sont d'un grand intérêt industriel parce qu'ils permettent de démarrer certaines activités (telles que le développement du logiciel embarqué) plus tôt dans le flot de conception. Du fait que cette approche est relativement nouvelle, un grand nombre de problèmes de modélisation sont encore ouverts. En particulier, il est essentiel de comprendre à quel point un modèle donné est proche du système hypothétique qu'il est sensé représenter. C'est un problème difficile car nous n'avons pas les moyens de réaliser une comparaison objective, vu que le système modélisé n'est pas disponible physiquement au moment de la modélisation. Nous avons besoin d'une méthodologie pour traiter ces difficultés, qui s'étendent au-delà de simples exigences objectives et de l'analyse de besoin fonctionnel. Dans ce contexte, l'industrie cherche des directives de modélisation claires, fondées sur l'expérience et l'identification des pratiques actuelles et des problèmes récurrents. Dans cette thèse, nous présentons une étude compréhensive d'un large éventail de considérations techniques impliquées dans le flot de conception du logiciel et du matériel qui constituent un système-sur-puce typique. Nous utilisons ces connaissances pour identifier une source particulière de divergence entre le modèle et le système modélisé. Nous montrons que cette divergence masque certains bogues du logiciel sur le prototype virtuel. Nous mettons en évidence la pratique de modélisation à l'origine de cette situation. Deuxièmement, nous essayons d'identifier des problèmes liés à l'utilisation du langage de modélisation dans les pratiques actuelles. Nous prétendons que, d'une part, ces problèmes sont dûs à la confusion entre les concepts de la modélisation transactionnelle et leur implémentation dans le langage standard de l'industrie ; et d'autre part que ce n'est qu'en menant des comparaisons avec un autre langage que l'on pourrait quantifier leur étendue. Pour ce faire, nous proposons un cadre d'application spécialement conçu pour guider l'étude des concepts fondamentaux de la modélisation transactionnelle. Entre autres, nous introduisons une nouvelle méthode pour la modélisation du temps dans les simulateurs à événements discrets. Cette méthode dévoile la différence entre une action instantanée et une tâche avec durée. Ensuite, elle l'exploite de plusieurs manières : pour enrichir les outils de visualisation de traces ; pour dériver une définition claire de chevauchement de tâches ; pour accélérer la simulation à moindre effort, en parallélisant l'exécution d'actions se déroulant à des temps simulés différents ; et pour révéler des bogues subtiles en tenant compte du fait que les actions à des temps simulés différents ne sont pas forcément synchronisées.


  • Résumé

    This thesis deals with modeling of Systems-on-a-Chip (SoC) at the Transactional Level (TLM), an approach also known as virtual prototyping. Virtual prototypes are of special industrial interest because they allow some activities (such as embedded software development) to start earlier in the design flow. Because this approach is relatively new, several modeling issues are still open. In particular, there is an increasing need for understanding how close a given model is to the hypothetical system it is intended to represent. This is a difficult problem specially because we lack a way to perform an objective comparison, since the modeling activity is prior to the physical existence of the modeled system. A methodology is required to address these concerns, going beyond classical objective and functional quality requirements. In this context, the industry searches for clear modeling guidelines based on experience and the identification of the current modeling practices and known recurring problems. In this thesis, we present a comprehensive study of a range of technical considerations involved in the design flow of the hardware and software that constitutes a typical SoC. We use this knowledge to identify one particular source of divergence between the model and the modeled system. We show that this divergence causes some software bugs to become hidden in the virtual prototype and we correlate this situation to the corresponding modeling practice. Secondly, we attempt to identify language-dependency issues in the modeling practices. We claim that it is only by confronting with an alternative language that we could measure the extent to which common modeling issues were caused by mixing up conceptual transaction-level modeling with its implementation in the current industry standard language. Therefore, we propose a complete experimentation framework specifically designed to help in the study of fundamental concepts beneath TLM. Amongst other features, this framework introduces a novel approach to modeling time in discrete-event simulators that distinguishes between instantaneous actions and tasks that take time. We show that this notion can be exploited to enrich trace visualization tools; to derive a clear definition of overlapping tasks; to effortlessly achieve an important simulation speedup by enabling parallel execution of actions occurring at different simulation times; and to expose subtle bugs by removing the constraint that actions at different simulation times are necessarily synchronized.


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