基于SystemC TLM模型的GPU图像处理单元验证

摘要

图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）是一种专用的图像处理芯片，是集成电路领域的研究热门方向之一。图像处理器处理的数据形式单一，其计算方式也并不复杂，但是吞吐量大，控制流通路多而繁琐，设计和验证难度较高。SystemC语言具有强大的协同仿真验证功能，可以在RTL设计完成之前，提供一个可以探索芯片架构的功能模型。因此，对GPU进行SystemC建模与验证有比较大的研究意义。 本文在深入分析了实习项目中图像处理单元模块的特点，总结了项目中针对该模块以及后续模块的验证需求，采取了基于SystemC TLM模型的验证策略，并对图像单元进行了事务级的建模。在参考业内使用SystemC进行建模与验证的经验，设计了一套针对SystemC与RTL进行通信的wrapper（封装），对GPU的SystemC-TLM模型进行了单独的验证。在完成图像处理单元的SystemC-TLM模型后，研究了新的系统验证平台。通过对图形流水线理论以及基于OpenGL的图像流水线的实现方式的理论研究，编写了基于OpenGL2.0的测试用例，测试用例与TLM模型之间的驱动driver使用C语言编写，直接对模型的寄存器进行读写。在验证完TLM模型中的clock模块，复位模块，memory模块，DMA模块等模块后，对GPU整体进行了功能验证。 本文基于SystemC TLM模型的验证已经在后续的项目中得到了应用，测试平台在接口验证，子系统的验证中得到了复用。在GPU的验证过程中，已经发现模型的若干缺陷，挑选其中具有代表性的一些缺陷，列举在了本文最后一章，并说明了如何针对模型进行修改。这些验证的成果表明，基于SystemC TLM模型的验证策略，可以提高验证的灵活性和复用性，能够降低芯片的验证成本。

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