نمذجة على مستوى المعاملات

الموسوعة الحرة

نمذجة مستوى المعاملات ( TLM ) هي منهجية لنمذجة الأنظمة الرقمية المعقدة باستخدام برامج أتمتة التصميم الإلكتروني . [ 1 ] : 1955. تُستخدم TLM بشكل أساسي في تصميم والتحقق من أنظمة الرقاقات المتكاملة (SoCs) المعقدة وغيرها من الأنظمة الإلكترونية التي تكون فيها نمذجة مستوى نقل السجلات (RTL) التقليدية بطيئة للغاية أو تستهلك موارد كثيرة لتحليل مستوى النظام. لغة TLM (TLML) هي لغة وصف الأجهزة ، تُكتب عادةً بلغة C++ وتعتمد على مكتبة SystemC . [ 1 ] تُستخدم لغات TLML للنمذجة حيث تُفصل تفاصيل الاتصال بين الوحدات عن تفاصيل تنفيذ الوحدات الوظيفية أو بنية الاتصال. تُستخدم لنمذجة الأنظمة التي تتضمن آليات معقدة لنقل البيانات. [ 1 ] : 1955. يركز منهج النمذجة على المعاملات أو عمليات نقل البيانات بين الكتل الوظيفية بدلاً من التنفيذ التفصيلي لتلك الكتل أو روابطها البينية. [ 2 ] يتيح هذا التجريد سرعات محاكاة أسرع، غالبًا ما تكون أسرع بعدة مراتب من RTL، مع الحفاظ على دقة كافية لاتخاذ قرارات التصميم على مستوى النظام، وتطوير البرمجيات ، واستكشاف البنية. [ 3 ]

تُصمَّم مكونات مثل الحافلات أو قوائم الانتظار ذات الأولوية (FIFOs) كقنوات، وتُعرَض للوحدات باستخدام فئات واجهة SystemC . تتم طلبات المعاملات عن طريق استدعاء وظائف الواجهة الخاصة بنماذج هذه القنوات، والتي تُغلِّف تفاصيل منخفضة المستوى لتبادل المعلومات. على مستوى المعاملة، ينصب التركيز بشكل أكبر على وظائف نقل البيانات - أي البيانات التي تُنقل من وإلى أي مواقع - وأقل على تنفيذها الفعلي، أي على البروتوكول الفعلي المستخدم لنقل البيانات. يُسهِّل هذا النهج على مصمم النظام تجربة، على سبيل المثال، بنى حافلات مختلفة (تدعم جميعها واجهة تجريدية مشتركة) دون الحاجة إلى إعادة كتابة النماذج التي تتفاعل مع أي من الحافلات، شريطة أن تتفاعل هذه النماذج مع الحافلة من خلال الواجهة المشتركة. [ 4 ]

يُطبَّق نموذج إدارة المعاملات (TLM) عادةً باستخدام SystemC ، وهي لغة نمذجة ومكتبة مبنية على لغة C++ ، طُوِّرت خصيصًا لتصميم الأنظمة. [ 5 ] وقد طوّرت مبادرة Open SystemC (OSCI)، التي أصبحت الآن جزءًا من Accellera ، مكتبات TLM موحدة توفر واجهات ومنهجيات مشتركة للتواصل على مستوى المعاملات. مع ذلك، فإن تطبيق نمذجة مستوى المعاملات لا يقتصر على لغة SystemC، بل يمكن استخدامه مع لغات أخرى. وقد ظهر مفهوم TLM لأول مرة في مجال لغات ونمذجة الأنظمة. [ 6 ]

أصبحت هذه المنهجية أساسية في عمليات أتمتة تصميم الإلكترونيات الحديثة ، لا سيما لإنشاء منصات افتراضية تُمكّن من تطوير البرمجيات والتحقق من صحة النظام في المراحل المبكرة قبل اكتمال تنفيذ الأجهزة. [ 7 ] تعمل نماذج TLM كمواصفات قابلة للتنفيذ تسد الفجوة بين متطلبات النظام عالية المستوى وتنفيذات الأجهزة التفصيلية. تُستخدم نماذج TLM في توليف نماذج مستوى نقل السجلات (RTL) على مستوى عالٍ، وذلك لنمذجة وتنفيذ مكونات النظام على مستوى أدنى. عادةً ما يتم تمثيل RTL بواسطة شفرة مصدرية للغة وصف الأجهزة (مثل VHDL و SystemC و Verilog ). [ 1 ] : 1955–1957

الخلفية والتاريخ

التطور المبكر (التسعينيات - الألفية الثانية)

ظهر نمذجة مستوى المعاملات في أواخر التسعينيات وأوائل الألفية الثانية كرد فعل مباشر على تزايد تعقيد تصميمات الأنظمة المتكاملة على رقاقة واحدة ، وعلى محدودية نمذجة مستوى نقل السجلات التقليدية (RTL) في التحقق من صحة النظام وتطوير البرمجيات. [ 8 ] وشهدت صناعة أشباه الموصلات تفاوتًا متزايدًا بين تعقيد التصميم وإنتاجية المصممين. [ 9 ]

طُوِّرت المفاهيم الأساسية لنمذجة مستوى المعاملات (TLM) بشكل متزامن من قِبَل العديد من مجموعات البحث والشركات. قدّمت شركة كادنس ديزاين سيستمز مفاهيم مبكرة لمستوى المعاملات في لغة SpecC الخاصة بها في منتصف التسعينيات، [ 10 ] بينما طوّرت شركة سينوبسيس مفاهيم مماثلة في منهجية SystemC الخاصة بها بدءًا من عام 1999. [ 11 ] في عام 2000، كان ثورستن غروتكر، مدير البحث والتطوير في سينوبسيس، يُعدّ عرضًا تقديميًا حول آلية الاتصال فيما أصبح فيما بعد معيار SystemC 2.0، وأشار إليها باسم "النمذجة القائمة على المعاملات". أصرّ جيل بايليو، الذي كان آنذاك مهندس تطبيقات في سينوبسيس، على أن يتضمن المصطلح الجديد كلمة "مستوى"، كما في " مستوى نقل السجلات " أو "المستوى السلوكي". لم يُغيّر كون TLM لا يُشير إلى مستوى تجريد واحد، بل إلى تقنية نمذجة، رأيه. كان لا بدّ من تضمين كلمة "مستوى" لكي يُصبح المصطلح راسخًا. وهكذا أصبح "TLM".

تكوين SystemC و OSCI

كان لتطوير لغة SystemC دورٌ حاسمٌ في اعتماد نموذج TLM. طُوّرت SystemC في البداية من قِبل شركة Synopsys عام 1999 كلغة نمذجة على مستوى النظام تعتمد على لغة C++ . [ 12 ] وفي عام 2000، تأسست مبادرة Open SystemC Initiative (OSCI) كائتلاف مستقل لتطوير SystemC والترويج لها كمعيار مفتوح. [ 13 ] وشمل الأعضاء المؤسسون شركات Synopsys و Cadence Design Systems و CoWare ، بالإضافة إلى العديد من شركات أشباه الموصلات الكبرى، بما في ذلك ARM Holdings و Infineon Technologies و STMicroelectronics . [ 14 ] وقد طوّرت المنظمة برنامج محاكاة OSCI للاستخدام والتوزيع المفتوحين.

منذ بداياتها، اعتُمدت لغة SystemC كلغةٍ مُفضّلة للتوليف عالي المستوى، رابطةً بين مجالات تصميم النماذج الأولية وتطبيقات النماذج الافتراضية، والتحقق الوظيفي، والتنفيذ الآلي على مستوى بوابات المسار. وهذا يُتيح لفرق المشاريع إمكانية إنتاج نموذج واحد لأغراض متعددة. وفي مؤتمر DVCon لعام 2010، أصدرت OSCI مواصفات أول مجموعة فرعية قابلة للتوليف من SystemC لأغراض التوحيد القياسي في الصناعة.

توحيد معايير TLM 1.0 (2005)

أصدرت منظمة OSCI في عام 2005 أول منهجية موحدة لتحليل التعلم القائم على الاختبار (TLM)، والمعروفة باسم TLM-1.0 . [ 15 ] وقد قدمت TLM-1.0 مفاهيم أساسية تشمل ما يلي:

  • واجهات المعاملات الأساسية للاتصال
  • قنوات الاتصال القائمة على الإشارات وتقنية FIFO
  • بروتوكولات معاملات بسيطة تعتمد على الطلب والاستجابة
  • ملاحظات التوقيت الأساسية

ركز معيار TLM-1.0 بشكل أساسي على النمذجة الوظيفية وقدم دعمًا محدودًا لتحليل التوقيت التفصيلي. [ 16 ]

تطور TLM 2.0 وتوحيد معايير IEEE (2008-2011)

مثّل معيار TLM-2.0 ، الذي صدر عام 2008، نقلة نوعية في منهجية نمذجة مستوى المعاملات. [ 17 ] وقدّم المعيار الجديد العديد من الابتكارات الرئيسية:

  • حمولات عامة لتمثيل المعاملات الموحد
  • نماذج توقيت متعددة (بدون توقيت، توقيت تقريبي، توقيت تقريبي)
  • واجهات مقابس موحدة لضمان قابلية التشغيل البيني
  • تحسين قدرات تصحيح الأخطاء والتحليل [ 18 ]

تم دمج TLM-2.0 لاحقًا في معيار IEEE 1666-2011 الخاص بـ SystemC، مما وفر اعترافًا رسميًا وقبولًا أوسع في الصناعة. [ 2 ]

اعتماد الصناعة والأدوات التجارية

بحلول منتصف العقد الأول من الألفية الثانية، بدأت كبرى شركات أتمتة تصميم الإلكترونيات بدمج دعم TLM في أدواتها التجارية. فقد قدمت شركة Mentor Graphics (التي أصبحت الآن Siemens EDA ) دعم TLM في برنامج المحاكاة ModelSim الخاص بها عام 2004، [ 19 ] وتلتها شركة Cadence Design Systems بمنصة Incisive الخاصة بها عام 2005. [ 20 ] وساهمت شركات المنصات الافتراضية، مثل CoWare (التي استحوذت عليها Synopsys عام 2010)، [ 21 ] وVast Systems (التي استحوذت عليها Synopsys عام 2007)، وVaST Systems Technology، بشكل كبير في تبني TLM تجاريًا من خلال توفير منصات افتراضية عالية الأداء تعتمد على منهجية TLM. [ 22 ]

التطورات الحديثة (منذ العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين وحتى الآن)

شهدت فترة العقد الثاني من الألفية الثانية (2010-2019) تحول نموذج TLM إلى ممارسة معيارية في صناعة أشباه الموصلات، لا سيما في تصميم أنظمة SoC القائمة على معالجات ARM . وقد أصدرت شركة ARM Holdings نماذج TLM شاملة لبنى معالجاتها، بما في ذلك معالجات ARM Cortex-A و ARM Cortex-M . [ 23 ] ومع صعود الذكاء الاصطناعي ومسرعات التعلم الآلي في أواخر العقد الثاني من الألفية الثانية، برزت متطلبات جديدة لنمذجة TLM، مما أدى إلى ظهور مكتبات ومنهجيات متخصصة لنمذجة وحدات المعالجة العصبية وغيرها من مكونات الذكاء الاصطناعي. [ 24 ] وفي عام 2020، اندمجت OSCI مع Accellera ، مما وحد تطوير SystemC وTLM تحت مظلة منظمة واحدة، وضمن استمرار تطور المعايير. [ 25 ]

المفاهيم الأساسية

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 دليل VLSI . واي كاي تشين (2  ed.). بوكا راتون، فلوريدا: CRC/تايلور وفرانسيس. 2007. ردمك 978-0-8493-4199-1. OCLC 70699056 . {{cite book}}صيانة CS1: أخرى ( رابط )
  2. 1 2 "دليل مرجعي لمعيار IEEE للغة SystemC القياسية" . IEEE STD 1666-2011 . 2012. doi : 10.1109/IEEESTD.2012.6134619 . ISBN 978-0-7381-6801-2.
  3. ↑ غيناسيا، فرانك، محرر. (2005). نمذجة مستوى المعاملات باستخدام SystemC . سبرينغر. ISBN 978-0-387-26233-4.{{cite book}}: تحقق من |isbn=القيمة: المجموع الاختباري ( مساعدة )
  4. ↑ تي. غروتكر، إس. لياو، جي. مارتن، إس. سوان، تصميم الأنظمة باستخدام SystemC. سبرينغر، 2002، الفصل 8، ص 131. ISBN 1-4020-7072-1(مقتبس بإذن)
  5. ↑ "معايير SystemC" . مبادرة أنظمة Accellera . تم الاسترجاع في 15 يناير 2024 .
  6. ↑ ل. كاي، د. غاجسكي، نمذجة مستوى المعاملات: نظرة عامة، في وقائع المؤتمر الدولي حول التصميم المشترك للأجهزة والبرامج وتوليف الأنظمة (CODES-ISSS)، أكتوبر 2003، الصفحات 19-24
  7. ↑ شيرنر، غونار (2013). المنصات الافتراضية في تصميم مستوى النظام . مؤتمر أتمتة التصميم. الصفحات 804-809 . doi : 10.1145/2463209.2488885 (غير نشط في 1 يوليو 2025). {{cite conference}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط )
  8. ↑ غاجسكي، دانيال د. (2000). SpecC: لغة ومنهجية المواصفات . دار نشر كلوير الأكاديمية. ISBN 978-0-7923-7822-5.{{cite book}}: تحقق من |isbn=القيمة: المجموع الاختباري ( مساعدة )
  9. ↑ خارطة الطريق التكنولوجية الدولية لأشباه الموصلات: التصميم (تقرير). رابطة صناعة أشباه الموصلات. 1999.
  10. ↑ غاجسكي، دانيال د. (1997). SpecC: لغة تصميم لتصميم مستوى النظام . مؤتمر أتمتة التصميم. الصفحات 464-469 . doi : 10.1145/266021.266138 (غير نشط في 1 يوليو 2025). {{cite conference}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط )
  11. ↑ غروتكر، ثورستن (2003). "SystemC: الماضي والحاضر والمستقبل". IEEE Design & Test . 20 (6): 72–77 . doi : 10.1109/MDT.2003.1246169 .
  12. ↑ "شركة Synopsys تقدم SystemC لتصميم الأنظمة على مستوى النظام" . مجلة EE Times . 1999-10-04.
  13. ↑ «مبادرة Open SystemC تُشكّل للنهوض بتصميم الأنظمة» (بيان صحفي). مبادرة Open SystemC. ١٢ سبتمبر ٢٠٠٠.
  14. ↑ "تاريخ أكسيليرا" . مبادرة أنظمة أكسيليرا . تم الاسترجاع في 15 يناير 2024 .
  15. ↑ "مبادرة النظام المفتوح C تُصدر معيار نمذجة مستوى المعاملات" (بيان صحفي). مبادرة النظام المفتوح C. 15-06-2005.
  16. ↑ غيناسيا، فرانك، محرر. (2005). "معيار TLM-1.0". نمذجة مستوى المعاملات باستخدام SystemC: مفاهيم TLM وتطبيقاتها للأنظمة المدمجة . سبرينغر. ص 87-124 . ISBN  978-0-387-26233-4.{{cite book}}: تحقق من |isbn=القيمة: المجموع الاختباري ( مساعدة )
  17. ↑ «مبادرة النظام المفتوح C تُصدر معيار TLM-2.0 لنمذجة مستوى المعاملات» (بيان صحفي). مبادرة النظام المفتوح C. 10-06-2008.
  18. ↑ آينسلي، جون (2009). "مرجع TLM-2.0". التحقق من صحة ASIC وFPGA: دليل لنمذجة المكونات . سبرينغر. الصفحات 145-198 . ISBN  978-1-4419-0564-5.{{cite book}}: تحقق من |isbn=القيمة: المجموع الاختباري ( مساعدة )
  19. ↑ "شركة Mentor Graphics تضيف SystemC TLM إلى ModelSim". مجلة EE Times . 15-03-2004.
  20. ↑ "كادنس تُقدّم نمذجة تدفق المعاملات" (بيان صحفي). أنظمة تصميم كادنس. 12-09-2005.
  21. ↑ "شركة Synopsys تستحوذ على شركة CoWare للنماذج الأولية الافتراضية". EE Times . 22-02-2010.
  22. ↑ تحليل سوق النماذج الأولية الافتراضية (تقرير). غاري سميث، إي دي إيه. 2010.
  23. ↑ نماذج ARM السريعة: نمذجة على مستوى النظام لتطوير البرمجيات ، ARM Holdings، 2012
  24. ↑ تشين، لي (2019). نمذجة مستوى المعاملات لتصميم مسرع الذكاء الاصطناعي . مؤتمر أتمتة التصميم. ص 1-6 . doi : 10.1145/3316781.3317788 (غير نشط في 1 يوليو 2025). {{cite conference}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط )
  25. ↑ "اندماج Accellera وOSCI للارتقاء بمعايير تصميم الأنظمة" (بيان صحفي). مبادرة أنظمة Accellera. 15 يناير 2020.
  • SystemC.org - الصفحة الرئيسية لـ SystemC.