Οι κατηγορικές γραμματικές ως μέσον για τη διαλογική σύνθεση ψηφιακών κυκλωμάτων

Abstract

This thesis presents a model for a typical high level hardware algorithmic design description, embodying designer interaction techniques through all the design levels. Even though there is no typical description, which includes all synthesis sub - problems, there are significant efforts trying to develop synthesis environments, ignoring though designers preferences. Moreover even thought multiple methods are used , the designer is still unable to interfere to the scheduling algorithm. The proposed methodology adopts attribute grammars as a typical description and implementation method for high level synthesis, heuristics algorithms and proposes a model for user interaction. The whole idea is implemented in the high-level synthesis environment iAGENDA. The designer is able to set constraints on the resources of the target hardware and timing constraints and dependencies on the implemented processes. iAGENDA (Interactive AGENDA) uses the ELI meta-compiler and systemC for the algorithmic description. SystemCis expanded to include structures which define users preferences for the resulting hardware. New attributes and rules are defined to process the constraints and evaluate a schedule to meet the users preferences. The main advantage using constraints is that regardless the scheduling algorithm they are used to improve the schedule in time, space and power consumption. In iAGENDA user interaction is defined through a library which can be included in the translation phase at user's will. The output of i AGENDAis VHDL and VERILOG. iAGENDA can be used either as a command line compiler or through a graphical user interface. iAGENDA is evaluated through a variety of examples of digital filters, user defined circuits and real time digital applications. A more self-concerning evaluation is performed changing the user defined constraints in the same algorithmic description.

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει και υλοποιεί ένα νέο μοντέλο τυπικής περιγραφής αλγορίθμων υλοποίησης υλικού σε υψηλό επίπεδο, ενσωματώνοντας μηχανισμούς επέμβασης του σχεδιαστή σε όλα τα επίπεδα σχεδίασης. Αν και δεν υπάρχει τυπική περιγραφή που να καλύπτει όλα τα επιμέρους προβλήματα της σύνθεσης, στα υπάρχοντα συστήματα γίνονται προσπάθειες υλοποίησης σύνθεσης υψηλού επιπέδου, χωρίς όμως να λαμβάνονται υπ'όψιν οι προτιμήσεις του σχεδιαστή όσον αναφορά τη δομή του υλικού κατά τη φάση της μεταγλώττισης. Επιπλέον οι τεχνικές οι οποίες χρησιμοποιούνται είναι ποικίλες και η δρομολόγηση των κυκλωμάτων γίνεται με βάση κάποιον προκαθορισμένο αλγόριθμο, χωρίς όμως να μπορεί ο σχεδιαστής να επέμβει. Στην παρούσα διατριβή, χρησιμοποιούνται για πρώτη φορά οι κατηγορικές γραμματικές, ως μέσον για την πλήρη περιγραφή της σύνθεσης υψηλού επιπέδου, λαμβάνοντας υπ'όψιν τις προτιμήσεις - απαιτήσεις του σχεδιαστή για τη δομή του υλικού. η προτεινόμενη μεθοδολογία υλοποιείται σε ένα πλήρες περιβάλλον σνθεσης αλγοριθμικών περιγραφών, το iAGENDA, χρησιμοποιώντας κατηγορικές γραμματικές απλού και διπλού περάσματος για τρεις διαφορετικούς αλγόριθμους δρομολόγησηςκαι διαφορτικές κυκλωματικές κωδικοποιήσεις με τις γλώσσες περιγραφής υλικού VHDL και VERILOG. Τα πλεονεκτήματα της χρησιμοποίησης κατηγορικών γραμματικών ως τυπική μορφή περιγραφής και υλοποίησης μετασχηματισμών σύνθεσης υψηλού επιπέδου είναι η αρθρωτή δομή του περιβάλλοντος που κατασκευάζεται και ο δηλωτικός τρόπος κωδικοποίησης των μετασχηματισμών. Επιπλέον επιτρέποντας στο σχεδιαστή να επέμβει στο μηχανισμό σύνθεσης, παράγει υλοποιήσεις που ανταποκρίνονται στις απιτήσεις του σε ταχύτητα, οικονομία ενέργειας και διαχείριση πόρων.