9、高性能设计与验证环境：从系统规格到硬件实现

高性能设计与验证环境：从系统规格到硬件实现

在当今的技术领域，高性能系统的设计与验证是一项复杂而关键的任务。本文将详细介绍一个从系统规格定义到最终硬件实现的完整设计流程，涵盖了硬件/软件分解、寄存器传输级实现、仿真等多个重要阶段，并介绍了用于验证的UVM环境。

1. 系统规格定义

系统设计的第一步是进行系统规格定义，这一阶段主要描述高级输入应用，而不考虑目标架构。在这个阶段，仅需要图像处理技能，使用OpenCV环境以C/C++的可执行形式定义应用。输入数据可以使用合成视频或网络摄像头提供，输出结果可以在任何监视器屏幕上可视化。

例如，在Sobel滤波器图像处理中，使用OpenCV库读取视频文件中的数据（第25行），逐帧处理传入的像素（第28行），最后将结果显示在输出监视器上（第31行）。此阶段的验证通过高级仿真进行，以确保应用程序正常运行。仿真结果将被保存，作为后续细化步骤的参考值，用于验证相应转换的正确性。

2. 高级硬件/软件分解

从OpenCV中的应用规格开始，进行硬件/软件分区，目的是通过将系统中计算密集的部分转移到硬件上，同时将复杂和推理部分保留在软件中，以提高应用性能。此步骤使用事务级模型（Transaction Level Modeling，TLM）来捕获整个系统的行为。

由于目前没有自动进行设计分区的工具，用户需要负责选择要映射到硬件的功能。可以通过基于性能分析的方法，在仿真后识别OpenCV应用中的计算“热点”。在这个设计流程级别，不关注硬件和软件模块之间通信的实现细节。OpenCV和SystemC结合使用，OpenCV处理提供图像、对提取的特征进行推理和显示结果等功能，SystemC用于描述系统中