我們需要怎樣的硬件驗(yàn)證產(chǎn)品

如前文《硬件仿真會(huì)不會(huì)取代軟件仿真》所述：現(xiàn)階段在芯片規(guī)模越發(fā)龐大的趨勢(shì)下，在綜合考慮容量、人力、周期等等因素下，硬件仿真已經(jīng)是一種必不可少的驗(yàn)證手段。順著這個(gè)思路往下走，本文將討論一下，目前在市面上以硬件方式為載體的芯片驗(yàn)證產(chǎn)品。

眾所周知，目前市面上硬件仿真器（Emulator）和原型驗(yàn)證系統(tǒng)（Prototyping）是數(shù)字芯片設(shè)計(jì)過程中兩種重要的工具，它們?cè)诓煌A段發(fā)揮著關(guān)鍵作用；當(dāng)然，我們也忘不了目前還在市面上大量存在的“前輩”---FPGA開發(fā)板。關(guān)于這三者的基本概念，目前已經(jīng)有很多資料可以查詢到，這里不再贅述，我們就對(duì)上述產(chǎn)品的特點(diǎn)作一些展開討論：

01 硬件仿真器(Emulator)

硬件仿真器(Emulator)的主要工作方式，是把數(shù)字芯片的代碼外加大量的調(diào)試邏輯下載并工作，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于：

● 早期驗(yàn)證：在進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的早期階段，能夠以高效率發(fā)現(xiàn)大量的設(shè)計(jì)bug（平均估計(jì)下來約為總問題數(shù)的80%），從而節(jié)省下很大的時(shí)間周期和人力成本

● 上手和靈活性：易用性較強(qiáng)，人工干預(yù)少；可以快速建立、迭代及測(cè)試不同的設(shè)計(jì)方案

● 調(diào)試功能：提供強(qiáng)大的調(diào)試工具和波形查看功能，有助于定位和修復(fù)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤

02 原型驗(yàn)證（Prototyping）

原型驗(yàn)證（Prototyping），主要是基于硬件的實(shí)際原型（如FPGA原型）:即將設(shè)計(jì)代碼轉(zhuǎn)為FPGA可以承載并運(yùn)作的位文件流，在一定的工作頻率下模擬出待測(cè)試芯片（或者是一部分模塊）的真實(shí)功能狀況。它的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是：

● 近實(shí)時(shí)性：提供比純軟件仿真(Simulation)更接近實(shí)際環(huán)境的驗(yàn)證，包括實(shí)際的時(shí)序和電氣特性

● 系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證：能夠和Host主機(jī)(Server等)相連，從而驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的互通操作性、功能和性能

● 硬件接口驗(yàn)證：擴(kuò)展性較強(qiáng)，適合驗(yàn)證待測(cè)設(shè)計(jì)與外部設(shè)備的兼容性和互操作性

03 FPGA開發(fā)板（FPGA Development Board）

FPGA開發(fā)板（FPGA Development Board）的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

● 價(jià)格：成本低廉，上手容易；

● 靈活性：體積小巧、移動(dòng)和攜帶均非常方便，對(duì)電源供應(yīng)無特別嚴(yán)格的要求

● 適合對(duì)象：特別適合院校學(xué)習(xí)、小型規(guī)模IP和子系統(tǒng)的開發(fā)和驗(yàn)證工作

圖1：三種硬件驗(yàn)證產(chǎn)品的特性對(duì)比圖

在實(shí)際應(yīng)用中，同一家公司通常會(huì)結(jié)合使用硬件仿真器和原型驗(yàn)證系統(tǒng)。硬件仿真器可以用于快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)概念和初步功能，而原型驗(yàn)證則用于最終確認(rèn)設(shè)計(jì)的正確性和性能。但在中大型芯片的開發(fā)驗(yàn)證中，局限于容量的大小，“老前輩”FPGA開發(fā)板無法承擔(dān)起容納主力芯片邏輯的“扛把子”角色，只能作一些輔助性的方案類驗(yàn)證工作：舉例說，把帶獨(dú)立CPU和一些視頻接口的開發(fā)板連接到硬仿或原型系統(tǒng)，作一些特定視頻協(xié)議的驗(yàn)證工作；是一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。

一個(gè)設(shè)想：關(guān)于”硬件仿真器和原型驗(yàn)證系統(tǒng)”的有機(jī)結(jié)合

出于一些歷史遺留原因，我們目前在市面看到的硬件仿真器和原型驗(yàn)證產(chǎn)品，產(chǎn)品線往往是分開且各自為營(yíng)的一個(gè)市場(chǎng)布局。沒錯(cuò)，從前文的描述內(nèi)容看，的確它們的功能是各有特點(diǎn)的,但由此帶來的問題也顯而易見：

需要至少購(gòu)置/租用一套硬仿系統(tǒng)和一套原型驗(yàn)證系統(tǒng)(由此帶來場(chǎng)地租用、電力供應(yīng)等額外費(fèi)用)

管理維護(hù)兩套代碼，以此帶來額外的存儲(chǔ)和傳輸成本

發(fā)現(xiàn)問題后的根因回溯、修正及回歸測(cè)試的流程延誤

不同團(tuán)隊(duì)的人力資源總開銷（人力成本是商業(yè)經(jīng)營(yíng)中的很大一部分）

圖2：傳統(tǒng)的數(shù)字芯片設(shè)計(jì)/驗(yàn)證流程

在考慮“硬件仿真器和原型驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)合”的前置問題上，我們列舉出一些目前二者存在的一些問題痛點(diǎn)：

硬仿系統(tǒng)的租用或購(gòu)買的成本昂貴、體積龐大

硬仿系統(tǒng)的技術(shù)難度和壁壘高，無奈選擇國(guó)外EDA公司的高價(jià)格方案；每年被迫接受固定不菲的軟件許可費(fèi)用

原型系統(tǒng)雖然其運(yùn)行頻率高，但調(diào)試手段非常有限；或者要額外購(gòu)買調(diào)試硬件進(jìn)行連接

原型系統(tǒng)的容量有限，在驗(yàn)證大芯片邏輯時(shí)捉襟見肘；

上述二者作大規(guī)模驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)體積都十分龐大，原型系統(tǒng)的連接復(fù)雜費(fèi)時(shí)、且難以移動(dòng)（比如作車載移動(dòng)測(cè)試時(shí)存在局限性）

芯啟源仿真加速和原型驗(yàn)證二合一硬件系統(tǒng)-MimicPro

縱觀目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，芯啟源在這個(gè)問題上作出了大膽的革新，推出的“仿真加速和原型驗(yàn)證二合一硬件系統(tǒng)-MimicPro",主要具備了以下特點(diǎn)：

? 兼顧硬件仿真器的調(diào)試功能及原型系統(tǒng)的運(yùn)行性能，與主機(jī)方便的高速互聯(lián)調(diào)試通道

? 采用背板式互聯(lián)結(jié)構(gòu)，無需人工處理線纜的拔插操作，高效可靠

? 獨(dú)有專利的時(shí)鐘設(shè)計(jì)架構(gòu)，較傳統(tǒng)硬仿產(chǎn)品的工作性能大幅度上升

? 全互聯(lián)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，及全自動(dòng)的分區(qū)軟件，有效提升工作頻率

? 獨(dú)特的分布式硬件設(shè)計(jì)，用戶邏輯可用的資源占用率大幅度上升

? 豐富多樣的調(diào)試手段及豐富協(xié)議的降速橋方案

? 體積緊湊，移動(dòng)方便

以上各項(xiàng)特點(diǎn)，是芯啟源的MimicPro產(chǎn)品長(zhǎng)期在眾多國(guó)內(nèi)頭部IC設(shè)計(jì)企業(yè)的大設(shè)計(jì)項(xiàng)目中不斷打磨、有效改進(jìn)的成果，也是有能力承載國(guó)產(chǎn)大芯片項(xiàng)目的技術(shù)根本。舉個(gè)實(shí)例：近期，在客戶處現(xiàn)場(chǎng)安裝的一套MimicPro2-M32系統(tǒng)，2名工程師總共耗時(shí)約3小時(shí)就完成了。而同樣規(guī)模的、電纜式連接的硬件系統(tǒng)，則至少需要好幾天時(shí)間才能完成；可靠性不高且易出錯(cuò)；客戶對(duì)于如此高效的Bring-Up速度十分滿意。此外，也常有僅用數(shù)周時(shí)間就跑通客戶的復(fù)雜傳輸協(xié)議的案例記錄。