CN112581577A - 一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置及操作方法 - Google Patents

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姜丽云
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Abstract

本发明涉及计算机硬件建模技术领域，涉及一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置及操作方法。该TLM装置包括包括PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、统一染色单元、片元输出控制单元，寄存器单元和片段处理单元；还包括若干用于连接各个单元的事务级接口；方法步骤包括步骤1：初始化模块判断简单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态；步骤2：简单模式片元组装模块执行简单模式下的片元输出组装；步骤3：复杂模式片元组装模块执行复杂模式下的片元输出组装。本发明提供了一种解决了GPU片元输出控制TLM装置RTL仿真结果模型比及功能验证的问题，且加快了仿真的速度的基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置及操作方法。

Description

一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置及操作 方法
技术领域
本发明属于计算机硬件建模技术领域，涉及一种GPU片元输出控制TLM装置，尤其涉及一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置及操作方法。
背景技术
随着图形化应用的不断增加，早期单靠CPU进行图形绘制的解决方案已经难以满足成绩和技术增长的图形处理需求，图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)应运而生。从1999年Nvidia发布第一款GPU产品至今，GPU技术的发展主要经历了固定功能流水线阶段、分离染色器架构阶段、统一染色器架构阶段，其图形处理能力不断提升，应用领域也从最初的图形绘制逐步扩展到通用计算领域。GPU流水线高速、并行的特征和灵活的可编程能力，为图形处理和通用并行计算提供了良好的运行平台。
目前，我国GPU研制能力薄弱，各领域显示控制系统中大量采用国外进口的商用GPU芯片。尤其是在军用领域中，国外进口商用GPU芯片存在安全性、可靠性、保障性等方面的隐患，无法满足军用环境的需求；而且，出于政治、军事、经济等原因，国外对我国实行技术“封锁”和产品“垄断”，难以获得GPU芯片的底层技术资料，如寄存器资料、详细内部微架构、核心软件源码等，导致GPU功能、性能无法充分发挥，且移植性较差；上述问题严重制约了我国显示系统的独立研制和自主发展，突破图形处理器关键技术、研制图形处理器芯片迫在眉睫。
GPU芯片研制硬件逻辑规模巨大，复杂程度越来越高，需要在更高的抽象层次上对设计进行描述，以便能进行更高速度的仿真、软/硬件协同仿真和体系架构的探索。当设计被表达为系统级模型时，选用不同的算法对设计进行多次尝试是很容易做到的，换用不同的结构进行试验也能很快的完成；倘若使用寄存器传输级或门级模型来表达设计，规模通常相当大，若要试探不同的设计结构或者做一些改动，即使不是太困难，也相当费时费力。
SystemC作为一种语言推动其开发和标准化的关键因素是可以进行系统级设计，并且可以描述硬件的架构和软件的算法，支持验证和IP的交流。在系统级上使用SystemC作为软件和硬件的分割权衡比其他语言容易的多，并且进行仿真比使用多种语言进行仿真要快速的多。因此采用基于SystemC来设计和描述单元的微结构能够建立一个完全标准的仿真环境，在高抽象层次上直接建模。
事务级模型(Transaction-Level Modeling，TLM)建立在SystemC标准之上，包括SystemC核心语言、结构化元素、预定义通道、数据类型等概念。TLM是一个基于事务的通信方式，通常在高抽象级的语言中被引用作为模块之间的通讯方式，成功地将模块内的计算和模块之间的通信从时间跨度方面剥离开。传统的硬件设计从功能规范开始，一步一步细化到RTL级才能进入到仿真和验证阶段，验证成为了芯片设计、开发的瓶颈。为了更好更高效的描述功能规范，需要对系统设计和验证方法学进行革新。当要建模的目标系统十分复杂时，利用行为模型迅速建模，使得设计者对目标设计有更清楚的理解，有利于软硬件划分，从体系架构阶段就可以对系统进行验证，大大节省了设计周期，加速了验证的进度。
发明内容
基于背景技术中存在的问题，本发明提供的一种面向GPU片元输出控制TLM装置及操作方法，能够解决RTL仿真GPU片元输出控制TLM装置数据精确比对的问题，能够提前RTL对GPU片元输出控制TLM装置的硬件微结构在TLM模型上进行功能验证的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置，其特殊之处在于：
包括PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、统一染色单元、片元输出控制单元，寄存器单元和片段处理单元；还包括若干用于连接各个单元的事务级接口；
上述片元输出控制单元包括初始化模块、复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元；上述初始化模块通过事务级接口分别与PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、寄存器单元、复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元连接；上述复杂模式片元组装单元通过事务级接口与统一染色单元连接；上述片段处理单元通过事务级接口分别与复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元连接。
上述PCIE总线单元用于向片元输出控制单元设置和获取控制信号；上述状态参数管理单元用于向片元输出控制单元设置和获取状态参数；
上述片元任务组装单元用于向片元输出控制单元的初始化模块输出片元任务组装单元数据；上述统一染色单元用于向片元输出控制单元的复杂模式片元组装单元输出统一染色单元数据；
上述寄存器单元用于配合片元输出控制单元的初始化模块的数据存储；
上述片段处理单元用于接收复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元的数据输出。
一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
步骤1：初始化模块判断简单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态；
步骤2：简单模式片元组装模块执行简单模式下的片元输出组装；
步骤3：复杂模式片元组装模块执行复杂模式下的片元输出组装。
上述步骤1，
当单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态均为空则重复步骤1；
当简单模式片元属性数据FIFO为非空且复杂模式片元属性数据FIFO为空，则执行步骤2；
当简单模式片元属性数据FIFO为空且复杂模式片元属性数据FIFO为非空，则执行步骤3；
当简单模式片元属性数据FIFO为非空且复杂模式片元属性数据FIFO为非空，错误退出。
上述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：置pixelAssembleBusy＝1；
步骤2.2：连续2次读取简单模式片元属性数据FIFO，组装读到的faceTile/pixelMask/coordinate[16]/color[16]数据，通过ocu2RouPixelPort下发给片段处理单元；
步骤2.3：置pixelAssembleBusy＝0，结束。
上述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：置pixelAssembleBusy＝1；
步骤3.2：读复杂模式片元属性数据FIFO数据，获取任务信息：slotId,faceTile,pixelMask；
步骤3.3：通过ocu2JsuStatusPort端口阻塞查询统一染色单元的第slotId位直到为1；
步骤3.4：通过ocu2UsaPixelPort端口连续读2次读取统一染色单元的中一个片元的顶点和坐标属性，并进行数据格式转换；
步骤3.5：通过ocu2RouPixelPort下发给片段处理单元；
步骤3.6：清除统一染色单元的对应slotId位，通过Ocu2JsuStatusPort提交slotId任务完成；
步骤3.7：置pixelAssembleBusy＝0，结束。
上述内部变量定义如下：
上述pixelAssembleBusy表示片元组装状态，为1表示忙，为0表示空闲；
上述faceTile表示片元的正反面标记；
上述pixelMask表示片元mask，共16位，表示16个片元的屏蔽码信息；
上述coordinate[16]表示16个片元的坐标属性；
上述color[16]表示16个片元的颜色属性。
本发明具有的优点效果：
1.本发明提供的一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置，包括(1)初始化模块、(2)复杂模式片元组装模块、(3)简单模式片元组装模块。
2.本发明解决了GPU片元输出控制TLM装置RTL仿真结果模型比对的问题，解决了面向GPU片元输出控制TLM装置硬件的TLM微结构单元功能验证的问题，并且加快了仿真的速度。
附图说明
图1是基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置硬件的TLM微结构框图；
图2是初始化模块子单元流程图；
图3GPU片元输出控制TLM装置行为图。
具体实施方式
参见图1-3，一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置，其特殊之处在于：
包括PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、统一染色单元、片元输出控制单元，寄存器单元和片段处理单元；还包括若干用于连接各个单元的事务级接口；
上述片元输出控制单元包括初始化模块、复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元；上述初始化模块通过事务级接口分别与PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、寄存器单元、复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元连接；上述复杂模式片元组装单元通过事务级接口与统一染色单元连接；上述片段处理单元通过事务级接口分别与复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元连接。
上述PCIE总线单元用于向片元输出控制单元设置和获取控制信号；上述状态参数管理单元用于向片元输出控制单元设置和获取状态参数；
上述片元任务组装单元用于向片元输出控制单元的初始化模块输出片元任务组装单元数据；上述统一染色单元用于向片元输出控制单元的复杂模式片元组装单元输出统一染色单元数据；
上述寄存器单元用于配合片元输出控制单元的初始化模块的数据存储；
上述片段处理单元用于接收复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元的数据输出。
一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
步骤1：初始化模块判断简单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态；
步骤2：简单模式片元组装模块执行简单模式下的片元输出组装；
步骤3：复杂模式片元组装模块执行复杂模式下的片元输出组装。
上述步骤1，
当单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态均为空则重复步骤1；
当简单模式片元属性数据FIFO为非空且复杂模式片元属性数据FIFO为空，则执行步骤2；
当简单模式片元属性数据FIFO为空且复杂模式片元属性数据FIFO为非空，则执行步骤3；
当简单模式片元属性数据FIFO为非空且复杂模式片元属性数据FIFO为非空，错误退出。
上述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：置pixelAssembleBusy＝1；
步骤2.2：连续2次读取简单模式片元属性数据FIFO，组装读到的faceTile/pixelMask/coordinate[16]/color[16]数据，通过ocu2RouPixelPort下发给片段处理单元；
步骤2.3：置pixelAssembleBusy＝0，结束。
上述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：置pixelAssembleBusy＝1；
步骤3.2：读复杂模式片元属性数据FIFO数据，获取任务信息：slotId,faceTile,pixelMask；
步骤3.3：通过ocu2JsuStatusPort端口阻塞查询统一染色单元的第slotId位直到为1；
步骤3.4：通过ocu2UsaPixelPort端口连续读2次读取统一染色单元的中一个片元的顶点和坐标属性，并进行数据格式转换；
步骤3.5：通过ocu2RouPixelPort下发给片段处理单元；
步骤3.6：清除统一染色单元的对应slotId位，通过Ocu2JsuStatusPort提交slotId任务完成；
步骤3.7：置pixelAssembleBusy＝0，结束。
上述内部变量定义如下：
上述pixelAssembleBusy表示片元组装状态，为1表示忙，为0表示空闲；
上述faceTile表示片元的正反面标记；
上述pixelMask表示片元mask，共16位，表示16个片元的屏蔽码信息；
上述coordinate[16]表示16个片元的坐标属性；
上述color[16]表示16个片元的颜色属性。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置，其特征在于：
包括PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、统一染色单元、片元输出控制单元，寄存器单元和片段处理单元；还包括若干用于连接各个单元的事务级接口；
所述片元输出控制单元包括初始化模块、复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元；所述初始化模块通过事务级接口分别与PCIE总线单元、状态参数管理单元、片元任务组装单元、寄存器单元、复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元连接；所述复杂模式片元组装单元通过事务级接口与统一染色单元连接；所述片段处理单元通过事务级接口分别与复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元连接。
所述PCIE总线单元用于向片元输出控制单元设置和获取控制信号；所述状态参数管理单元用于向片元输出控制单元设置和获取状态参数；
所述片元任务组装单元用于向片元输出控制单元的初始化模块输出片元任务组装单元数据；所述统一染色单元用于向片元输出控制单元的复杂模式片元组装单元输出统一染色单元数据；
所述寄存器单元用于配合片元输出控制单元的初始化模块的数据存储；
所述片段处理单元用于接收复杂模式片元组装单元和简单模式片元组装单元的数据输出。
2.基于权利要求1所述的一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：初始化模块判断简单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态；
步骤2：简单模式片元组装模块执行简单模式下的片元输出组装；
步骤3：复杂模式片元组装模块执行复杂模式下的片元输出组装。
3.根据权利要求2所述的一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特征在于：
所述步骤1，
当单模式片元属性数据FIFO和复杂模式片元属性数据FIFO状态均为空则重复步骤1；
当简单模式片元属性数据FIFO为非空且复杂模式片元属性数据FIFO为空，则执行步骤2；
当简单模式片元属性数据FIFO为空且复杂模式片元属性数据FIFO为非空，则执行步骤3；
当简单模式片元属性数据FIFO为非空且复杂模式片元属性数据FIFO为非空，错误退出。
4.根据权利要求3所述的一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特征在于：
所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：置pixelAssembleBusy＝1；
步骤2.2：连续2次读取简单模式片元属性数据FIFO，组装读到的faceTile/pixelMask/coordinate[16]/color[16]数据，通过ocu2RouPixelPort下发给片段处理单元；
步骤2.3：置pixelAssembleBusy＝0，结束。
5.根据权利要求4所述的一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特征在于：
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：置pixelAssembleBusy＝1；
步骤3.2：读复杂模式片元属性数据FIFO数据，获取任务信息：slotId,faceTile,pixelMask；
步骤3.3：通过ocu2JsuStatusPort端口阻塞查询统一染色单元的第slotId位直到为1；
步骤3.4：通过ocu2UsaPixelPort端口连续读2次读取统一染色单元的中一个片元的顶点和坐标属性，并进行数据格式转换；
步骤3.5：通过ocu2RouPixelPort下发给片段处理单元；
步骤3.6：清除统一染色单元的对应slotId位，通过Ocu2JsuStatusPort提交slotId任务完成；
步骤3.7：置pixelAssembleBusy＝0，结束。
6.根据权利要求5所述的一种基于SystemC的面向GPU片元输出控制TLM装置的操作方法，其特征在于：
所述内部变量定义如下：
所述pixelAssembleBusy表示片元组装状态，为1表示忙，为0表示空闲；
所述faceTile表示片元的正反面标记；
所述pixelMask表示片元mask，共16位，表示16个片元的屏蔽码信息；
所述coordinate[16]表示16个片元的坐标属性；
所述color[16]表示16个片元的颜色属性。
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