定制RISC-V處理器簡化設(shè)計(jì)驗(yàn)證

RISC-V 被稱為開放標(biāo)準(zhǔn)指令集架構(gòu) （ISA），其基本指令已被凍結(jié)以最小化復(fù)雜性。但最近它添加了廣泛的自定義擴(kuò)展和增強(qiáng)功能，使其在構(gòu)建特定應(yīng)用系統(tǒng)的 SoC 設(shè)計(jì)人員中越來越受歡迎。

這些架構(gòu)中采用的定制功能通常通過硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)策略得到增強(qiáng)，該策略優(yōu)化軟件以最大限度地發(fā)揮 RISC-V 處理器 IP 的專業(yè)能力。

但無論系統(tǒng)是否在軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中開發(fā)，構(gòu)建穩(wěn)定的 SoC 設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程的過程仍然涉及大量設(shè)置和耗時(shí)的手動(dòng)更改。研究估計(jì) SoC 驗(yàn)證占用了 SoC 總設(shè)計(jì)時(shí)間和成本的 50-80%，而且使用 RISC-V 處理器的驗(yàn)證工程師的工作量比 Arm SoC 還要多，因?yàn)?CPU 本身以及任何定制都必須經(jīng)過驗(yàn)證。

RISC-硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供商 Imperas 最近的一份聲明稱：“開源 IP 的日益普及也促進(jìn)了將驗(yàn)證作為進(jìn)貨質(zhì)量檢查作為 SoC 項(xiàng)目初始階段的一部分的團(tuán)隊(duì)的增長。” V 處理器模型和用于軟件仿真的虛擬原型，讀取?！按送?，修改或擴(kuò)展基本核心功能的設(shè)計(jì)選項(xiàng)從一開始就取決于一個(gè)有效的設(shè)計(jì)驗(yàn)證框架?！?/p>

圍繞可定制的 RISC-V IP 規(guī)范化驗(yàn)證

事實(shí)上，隨著 RISC-V 的成熟，越來越多的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇“修改或擴(kuò)展基本核心功能”，以至于 RISC-V 基金會(huì)已經(jīng)組織了特殊興趣小組來規(guī)范目標(biāo)用例的擴(kuò)展功能集。這些工作組可以在下圖的左側(cè)看到，自春季發(fā)布該表以來，其中許多已經(jīng)從待處理轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒?dòng)。

作為回應(yīng)，ImperasDV 工具正在尋求通過與當(dāng)前 UVM SystemVerilog 技術(shù)兼容的“黃金參考模型”來簡化 RISC-V SoC 設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程。它的環(huán)境采用鎖步比較設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法，允許在 Verilog 或 SystemVerilog 中編程的被測設(shè)備 （DUT） 運(yùn)行和構(gòu)建裝配級(jí)程序。這有助于解決異步事件，從而在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)減少調(diào)試分析時(shí)間。

該工具的主要組成部分是：

指令測試生成器

RTL DUT 子系統(tǒng)

功能覆蓋測量

測試臺(tái)/線束

Imperas DV 子系統(tǒng)

該工具的外殼可容納整個(gè) RISC-V ISA，包括特權(quán)操作模式，并與最新的 Vector、DSP/SIMD、Bitmanip 和 Crypto （Scalar） 擴(kuò)展兼容。從架構(gòu)的角度來看，ImperasDV 提供了一個(gè)支持 RISC-V 驗(yàn)證接口 （RVVI） 標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證環(huán)境。這簡化了客戶 RTL、參考模型和測試平臺(tái)之間的集成。

如前所述，該集成有助于復(fù)雜超標(biāo)量流水線的鎖步和比較驗(yàn)證，并且該平臺(tái)可以容納多個(gè)硬件線程并完成無序指令。Imperas 的黃金參考模型確保平臺(tái)評估的操作數(shù)據(jù)正確執(zhí)行，即使跨不同版本，這要?dú)w功于對特定修訂的可配置版本控制支持。

開源協(xié)同設(shè)計(jì)現(xiàn)在開始

ImperasDV RISC-V 驗(yàn)證工具鏈已被許多半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)先的 RISC-V 供應(yīng)商采用，其中一些供應(yīng)商已經(jīng)擁有可工作的硅原型，目前正致力于第二代設(shè)計(jì)。其中包括 Codasip、EM Microelectronics （Swatch）、NSITEXE （Denso）、Nvidia Networking （Mellanox）、OpenHW Group、MIPS Technology、Seagate Technology、Silicon Labs 和 Valtrix Systems，以及其他尚未公開的公司。

當(dāng)然，我們還沒有解決硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)等式的另一面：嵌入式軟件開發(fā)。在這里，Imperas 還通過建模和仿真解決方案加快設(shè)計(jì)周期，只是這些解決方案基于開源開放虛擬平臺(tái) （OVP） 模型。

該公司的riscvOVPsim 指令集模擬器 （ISS）允許以高達(dá) 1，000 MIPS 的速度開發(fā)和調(diào)試針對 RISC-V 處理器目標(biāo)的代碼。它利用 Imperas 的 OVP 快速處理器模型庫來提供指令精確的單核 RISC-V 配置和變體，甚至被 RISC-V 基金會(huì)的合規(guī)性框架和測試套件使用。

最重要的是，可以從 GitHub 免費(fèi)下載riscvOVPsim，并且可以在www.ovpworld.org/riscvOVPsimPlus找到包含新 RISC-V 矢量擴(kuò)展的增強(qiáng)測試套件。

riscvOVPsim 的可用升級(jí)包括虛擬平臺(tái)開發(fā)和仿真、多核軟件開發(fā)、可擴(kuò)展平臺(tái)套件和多處理器主機(jī) （MPonMP） 加速軟件上的 QuantumLeap 多處理器目標(biāo)。

Imperas 產(chǎn)品組合以及來自快速發(fā)展的 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的其他工具，為您今天開始自己的開放式處理器設(shè)計(jì)提供了足夠的資源。

作者：Brandon Lewis，Saumitra Jagdale

審核編輯：郭婷