Laboratoire d’électronique et de microélectronique Contribution à la structuration de la modélisation et de la simulation au niveau TLM/SystemC des systèmes microélectroniques Soutenance de la Thèse de Mr. Salaheddine Hamza Sfar pour l’obtention de diplôme de doctorat Directeur de thèse : Pr. Rached Tourki Co-encadrant : Dr. Imed Bennour

Plan Introduction Harmonisation des niveaux TLM Structuration des descriptions TLM Conclusions et perspectives

Plan Introduction La conception au niveau système et la modélisation TLM (Transaction Level Modelling) Problématiques Objectifs Contributions Harmonisation des niveaux TLM Structuration des descriptions TLM Conclusions et perspectives

Projets du laboratoire

La conception au niveau système Description au niveau système Exploration architecturale Partionnement logiciel/matériel Synthèse du logiciel/matériel Synthèse de la communication (bus, réseau sur puce) La vérification et la validation

La modélisation transactionnelle (Transaction Level Modelling)

Les avantages du TLM Rapidité de modélisation Rapidité de simulation (jusqu’à 10 000x par rapport au RTL) Flexibilité de l’exploration architecturale Développement logiciel non retardé Vérification à un stade avancé du processus de conception

Problématiques Appels de fonctions en TLM => quelles fonctions? Et comment les écrire? Cheminement des appels => comment structurer ces appels? Multitude de niveaux d’abstraction de la communication => lesquels choisir?

Objectifs Délimiter les niveaux d’abstraction et les diverses sémantiques qui y sont liées. Mettre en place une méthodologie cohérente pour développer les modèles transactionnels au standard TLM-2. Valider l’approche par un outil industriel.

Contributions La classification précise des niveaux d’abstraction TLM suivie d’une expertise permettant l’harmonisation des divers travaux élaborés dans ce sens. Elaboration d’une méthodologie de structuration de chaque niveau TLM: Définition d’un ensemble de fonctions (méthodes) Définition des divers organigrammes Mise en évidence de l’exploration architecturale de paire avec la méthodologie proposée.

Plan Harmonisation des niveaux TLM Introduction Multitude des niveaux d’abstraction Notre classification de la nature de la communication Contribution à l’harmonisation des divers travaux Structuration des descriptions TLM Conclusions et perspectives

Multitude des niveaux d’abstraction Les travaux phares Industriels: Synopsys (2015) CoWare (2005) Consortiums : OCP (2010) OSCI (sortie TLM-2 en 2011) Université de Californie (SpecC 2014) Specification Model Processing Elements (PE) Assembling Model Bus Arbitration Model Time Accurate Communication Model Cycle Accurate Computation Model Implementation Model Untimed Functional Level: Timed Functional Level Transaction level models Behavioral Hardware Model Register transfer Model Functional View Programmers View (PV) Architects View (AV) Verification view (VV) TL3 :Message TL2 Transaction TL1 Transfer TL0 RTL Loosely-Timed coding style (LT) Approximately-Timed coding style (AT) Problématique: La multitude des niveaux d’abstraction limite le degré d’interopérabilité du modèle TLM et de son réutilisation.

Notre classification de la nature de la communication Les niveaux de transaction La présence du temps (communication) Unité de transfert Abstraction Variables Partagées Pas de temps - Structuration fonctionnelle, ressources de communication Message Temps Transaction Approximativement temporisé phases du protocole Transfert Cycle Précis octet Horloge Pin bit Signaux, registres, fonctions logiques RTL Précision à l’ordre de nanosecondes Portes logiques S. H. Sfar, I. E. Bennour, K. Smiri, A. baganne, R. Tourki “System Level Abstraction Models and Application to MicroNetwork Design”, International Conference on Microelectronic, ICM 2004.

Contribution à l’harmonisation des divers travaux S. H. Sfar, I. E. Bennour, K. Smiri, A. baganne, R. Tourki “System Level Abstraction Models and Application to MicroNetwork Design”, International Conference on Microelectronic, ICM 2004.

Cas de système à base de NoC Projection du Modèle OSI aux modèles TLM S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki, “Transaction level modeling of an OSI-like layred NoC”, International Conference on Design & Test of Integrated Systems, DTIS 2006

Cas de système à base de NoC Interaction entre le flot de l’appli et le flot du NoC S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki “TLM design framework of Generic NoC for Performance Exploration”, in ICGST International Journal on Programmable Devices circuits and Systems PDCS, vol. 09; Issue 1, P 59-66, December 2009.

Plan Structuration des descriptions TLM Introduction Harmonisation des niveaux TLM Structuration des descriptions TLM Présentation des APIs TLM-2 Structuration du modèle "transaction" Structuration du modèle "transfert" Expérimentation – bloc DCT Conclusions et perspectives

La bibliothèque TLM-2

Les APIs TLM-2 Problématique Le standard TLM-2 définit les APIs de communication TLM mais sans définir leurs codes

Structuration du modèle "transaction"  Séparation entre communication et traitement

Structuration du modèle "transaction" Interactions entre cores et wrappers S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Diagramme de classe orienté objet S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Structuration du modèle "transaction" Cas d’un module matériel autonome S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Diagramme de classes orienté objet S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Plan Structuration des descriptions TLM Introduction Harmonisation des niveaux TLM Structuration des descriptions TLM Les APIs TLM-2 Structuration du modèle "transaction" Structuration du modèle "transfert" Expérimentation – bloc DCT Conclusions et perspectives

Structuration du modèle "transfert" Structure du modèle

TLM-2 : Les phases d’une transaction

Structuration du modèle "transfert" Méthodes additionnelles S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Structuration du Modèle "transfert" Vue globale S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Expérimentation - bloc DCT Modélisation des différents niveaux d’abstraction Modèle "variables partagées" Modèle "échange de messages" Modèle "transaction" variante à mémoire locale Modèle "transaction" variante à mémoire partagée Modèle "transfert" à mémoire partagée Vérifications des enchainements des transferts avec l’outil Vista de Mentor Graphics Identification des points d’optimisation des modèles

Coefficient de ralentissement % de lignes réutilisées Résumé des résultats Modèles Temps de simulation Coefficient de ralentissement Nombre de lignes % de lignes réutilisées Variables partagées 0:33.81 ----- 74 ---- Echange de messages 0:28.80 0.85 103 100 % Transaction (mémoire locale) 1:22.22 2.43 1067 90 % Transaction (mémoire partagée) 1:34.22 2.78 1244 Transfert (mémoire partagée) 6:22.33 11.30 3768 91 %

Apport de l’outil Vista

Plan Conclusions et perspectives Motivation La conception au niveau système La modélisation transactionnelle Elaboration des modèles TLM Conclusions et perspectives

Contributions La classification précise des niveaux d’abstraction TLM puis l’harmonisation des divers travaux élaborés dans ce sens. La projection du modèle OSI, adapté aux NoCs, dans les niveaux d’abstraction TLM L’élaboration détaillée des modèles appropriés à chaque niveau d’abstraction: Énumération des diverses séquences permises du protocole de base TLM-2. Définitions des corps des différentes API TLM-2 avec leurs organigrammes. Ajout de méthodes nécessaires avec leurs organigrammes correspondants. Prise en charge des contraintes temporelles. Expérimentation avec un outil industriel : La vérification des modèles. Analyse des modèles TLM afin d’en optimiser les performances : accélération de la simulation, minimisation de la consommation de la bande passante, minimisation des fuites mémoires, etc.

Publications – conférences I. Bennour,A. Baganne. S.H. Sfar, R. Tourki et E. Martin “Communication Characterization Models for IP Blocks” Proceeding du SCS'2004, premier congrès International Signaux, Circuit & Systèmes, 18-21 mars 2004 Monastir, Tunisie. S. H. Sfar, I. Bennour, K. Smiri, A. baganne et R. Tourki “System Level Abstraction Models and Application to MicroNetwork Design” Proceeding de l’ICM’2004, 16th International Conference on Microelectronic, 06-08 décembre, Tunisie. S. H. Sfar, I. Bennour et R. Tourki “Transaction Level Modeling of an OSI-like Layered NoC” Proceeding de la DTIS’06, International Conference on Design and Test of Integrated System in Nanoscale Technology, 05-07 septembre 2006,Tunisie. S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki “TLM design framework of Generic NoC for Performance Exploration”, International Conference on Sciences of Electronic Technologies of Information and Telecommunications SETIT, March 2009.

Publications – journaux S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki “TLM design framework of Generic NoC for Performance Exploration”, in ICGST International Journal on Programmable Devices circuits and Systems PDCS, vol. 09; Issue 1, P 59- 66, December 2009. S. H. Sfar, I. E. Bennour and R. Tourki "Transaction Level Models’ Structuring : from Idioms to TLM-2”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, Vol. 76. No.2, June 2015

Perspectives Achever avec le NoC ce qui a été développé pour le DCT. La génération automatique des modèles : en ligne de commande utilisant un langage script comme TCL ou Python un environnement graphique permettant le choix d’une stratégie de contraintes temporelles par exemple. Mettre en pratique et maîtriser le développement logiciel avec des prototypes virtuels Maîtriser le standard IP-XACT pour constituer une bibliothèque d’IPs modélisées en TLM . Rédaction d’un Blue Book sur la modélisation TLM pour les chercheurs tunisiens. Plate-forme TLM: La convergence des divers travaux des équipes du laboratoires

Merci de votre attention