關(guān)于Deterministic ICE的介紹和研究

Deterministic ICE中也許已完美地將電路內(nèi)仿真 (ICE)與基于軟件測試的虛擬環(huán)境相結(jié)合。

需要指出的是，ICE模式曾經(jīng)是硬件加速器的第一種部署方式。在這種模式中，硬件加速器需要插入物理目標(biāo)系統(tǒng)上的插孔，以此代替待開發(fā)的芯片，從而利用實(shí)時數(shù)據(jù)支持運(yùn)行和調(diào)試硬件加速器內(nèi)部映射的被測設(shè)計(DUT)。

與ICE模式相比，筆者更喜歡虛擬環(huán)境模式中的部署，且該模式擁有基于軟件的測試環(huán)境。與寄存器傳輸級 (RTL) 相比，它是在更高抽象層次上進(jìn)行編寫的，以此代替物理目標(biāo)系統(tǒng)。（參見下表）。

正如意大利的一句流行說法：“讓凱撒得到他應(yīng)得的”?；蛘呷缑绹囊痪淞餍姓Z，“即使對不喜歡的事物也要公平對待”。顯然，ICE最大的好處就是可以通過真實(shí)流量來運(yùn)行DUT，進(jìn)而減少耗時并且避免測試平臺創(chuàng)建過程中可能出現(xiàn)的錯誤。趕緊在實(shí)際應(yīng)用中全面施行這一流程吧。想必，要在模糊的設(shè)計區(qū)域里尋找令人厭煩的隱匿錯誤，實(shí)際應(yīng)用會比任何基于軟件的測試平臺都更為有效。

ICE的另一個獨(dú)特性在于它能支持與目標(biāo)系統(tǒng)連接的自定義和專有接口，而該目標(biāo)系統(tǒng)基于的高度機(jī)密IP內(nèi)容是硬件加速仿真的終端用戶絕無法向外界披露的。將這種方法與創(chuàng)建和調(diào)試測試平臺比較。如果出現(xiàn)錯誤，設(shè)計人員最后總是會問：“這是測試平臺錯誤還是設(shè)計錯誤？”很顯然，調(diào)試測試臺會延長驗(yàn)證任務(wù)的總分配時間，而用于驗(yàn)證的時間從來都是不夠的。

ICE驗(yàn)證方法伴隨著眾多問題，其中大部分問題源于該方式的硬件本質(zhì)。這些問題包括缺乏靈活性、有限的復(fù)用性、存在潛在不可靠性以及各種影響部署的不便性。更別提，ICE還會產(chǎn)生額外成本以及功耗，這些可通過虛擬方式降低或快速消除。

其中最突出的一個問題就是：當(dāng)調(diào)試DUT時，它缺少確定性或者可重復(fù)性。

設(shè)計調(diào)試

設(shè)計調(diào)試是無法提前規(guī)劃的一種探尋過程。這是因?yàn)?，錯誤往往因?yàn)槲粗脑颍谖粗牡胤胶蜁r間，出其不意的出現(xiàn)。

如果將其應(yīng)用于包含大量嵌入式軟件的幾億門片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)計時，調(diào)試過程需要較長序列。為了在硬件或者軟件設(shè)計中找到隱藏于未知角落的錯誤，這些序列需要運(yùn)行，即使不是幾十億次，也得是幾百萬次的驗(yàn)證周期。

在以上示例中，存在三個關(guān)鍵未知因素：地點(diǎn)、時間和事由。這三個因素足以延誤整個測試計劃的進(jìn)度，即便該計劃已經(jīng)過深思熟慮。請謹(jǐn)記，在競爭如此激烈的市場中，若一項(xiàng)生命周期為24個月的新產(chǎn)品延期一個月上市，那么它將造成 相當(dāng)于潛在總收益12%的損失。若產(chǎn)品生命周期為12個月，如現(xiàn)代智能手機(jī)，其潛在損失將大幅增加，約占總收益的25%或四分之一。

潛在的損失足以說明驗(yàn)證解決方案的價值所在。

硬件加速仿真就是此項(xiàng)任務(wù)的最佳選擇。硬件加速器的性能極為快速，與硬件描述語言(HDL)軟件仿真器相比，其執(zhí)行和調(diào)試速度高出了幾個數(shù)量級。事實(shí)上，它們的快速執(zhí)行速度便是它們的設(shè)計初衷。對于疑似隱藏設(shè)計問題的區(qū)域，它們即便在運(yùn)行了幾十億次周期之后，仍能快速縮放。

雖然相較于基于軟件的驗(yàn)證解決方案，硬件仿真價格更高昂，但在從每個驗(yàn)證周期來看，它們卻是最便宜的驗(yàn)證引擎。

ICE 調(diào)試問題

然而，在ICE模式中調(diào)試芯片設(shè)計會顯得過于繁瑣而又令人沮喪。這是由于物理目標(biāo)系統(tǒng)缺少確認(rèn)性以及可預(yù)測的行為，從而妨礙了錯誤的發(fā)現(xiàn)并延長了發(fā)現(xiàn)時間。

使用硬件加速器追蹤DUT的錯誤，就需要基于特定時間觸發(fā)，全速地把每個設(shè)計寄存器的活動捕獲到追蹤存儲器中。追蹤存儲器容量很有限，僅能容納幾百萬次周期的波形深度，這相較于幾十億次全速運(yùn)行的周期是非常少的。

連續(xù)運(yùn)行時，會在不同的時間/區(qū)域內(nèi)顯示相同的設(shè)計錯誤或者根本不顯示任何設(shè)計錯誤。

因此，用戶為了找到自己感興趣的調(diào)試窗口和轉(zhuǎn)儲正確的波形最終需要進(jìn)行多次——很可能是數(shù)百次的運(yùn)行。由于ICE模式行為具有隨機(jī)性，每次運(yùn)行都可能會在不同的時間點(diǎn)內(nèi)檢測出相同的錯誤，甚至更糟糕的是，根本檢測不出任何錯誤（參見上圖）。它具有隨機(jī)性。很顯然，在ICE模式中復(fù)現(xiàn)錯誤是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，其對于快速找到錯誤根源至關(guān)重要。

來看下SoC大量使用第三方IP的例子。經(jīng)常，一個能單獨(dú)工作的IP核在內(nèi)嵌于SoC時卻無法工作。利用ICE模式對深埋于DUT的IP進(jìn)行調(diào)試可能會導(dǎo)致驗(yàn)證團(tuán)隊沒日沒夜地加班。

Deterministic ICE

于是，問題變成了：是否可讓ICE的調(diào)試環(huán)境具有確定性？很高興，答案是肯定的。

如果設(shè)計人員在精確序列中的首次運(yùn)行中，捕捉到激勵和響應(yīng)，然后移除物理目標(biāo)系統(tǒng)（內(nèi)在非確定性）并不斷回放激勵，那么調(diào)試環(huán)境將具有可重復(fù)性和確定性。這就稱為Deterministic ICE。

基本上，這種方法是將物理ICE環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У奶摂M環(huán)境，從而讓設(shè)計人員獲得虛擬環(huán)境的所有特征和功能優(yōu)勢。它們可以檢查斷言與覆蓋率收斂、執(zhí)行低功耗分析和功耗估計，并進(jìn)行嵌入式軟件調(diào)試。

當(dāng)需要專有接口時，ICE模式是硬件加速仿真用戶的唯一可行方案。值得慶幸的是，Deterministic ICE能幫助設(shè)計人員避免眾多問題，改善ICE模式不那么吸引人的形象。