SoC驗證走出實(shí)驗室良機已到

　　SoC驗證超越了常規邏輯仿真，但用于加速SoC驗證的廣泛應用的三種備選方法不但面臨可靠性問(wèn)題，而且難以進(jìn)行權衡。而且，最重要的問(wèn)題還在于硬件加速訪(fǎng)問(wèn)權限、時(shí)機及其穩定性。

　　當前，通常采用的三種硬件方法分別是FPGA原型驗證、采用驗證IP進(jìn)行的加速仿真以及內電路仿真(ICE)。這些方法雖適用于某些情況，但對于那些面對不斷更新的多處理器、多協(xié)議且偏重于軟件的SoC驗證團隊來(lái)說(shuō)，則存在明顯不足。

　　FPGA原型驗證適用于那些運行于不再進(jìn)行更新的已有硬件上的軟件，但卻不適用于仍在進(jìn)行大規模升級的硬件。其原因在于設計流程不同步：硬件完成后，軟件團隊方可使用FPGA開(kāi)發(fā)板，而且一旦出現問(wèn)題，重新編譯耗時(shí)動(dòng)輒數以天計，絕非幾個(gè)小時(shí)便可完成。此外，試圖將有數百萬(wàn)個(gè)門(mén)電路的SoC分解到幾個(gè)FPGA上無(wú)異于自討苦吃。因此，盡管FPGA原型驗證看起來(lái)成本低廉，但對于仍在進(jìn)行硬件調試的SoC來(lái)說(shuō)，這一過(guò)程耗時(shí)漫長(cháng)且充滿(mǎn)風(fēng)險。這也正是在仿真市場(chǎng)的年增長(cháng)速度高達20%的同時(shí)，這一市場(chǎng)卻波瀾不興的原因。

　　加速仿真 — 采用深測試序列、代碼覆蓋、基于斷言的驗證、錯誤處理、協(xié)議檢查等方法 — 適用于需對新開(kāi)發(fā)的無(wú)漏洞ASIC或基礎IP進(jìn)行驗證的硬件開(kāi)發(fā)人員。但是，在對由軟件驅動(dòng)且多個(gè)現有硬件模塊須同時(shí)工作的SoC進(jìn)行驗證時(shí)，則需要一種整個(gè)軟件團隊均可使用的驗證方法。嵌入式處理器經(jīng)測試后方可加載軟件。

　　直至2012年，內電路仿真(ICE)仍是進(jìn)行軟硬件協(xié)同驗證的唯一方法，且在原型硬件可用前，需經(jīng)常對硬件進(jìn)行更改。ICE適用于規模相對較小的項目團隊，團隊成員集中于一處，對實(shí)驗室享有個(gè)人完全控制權，設計所含硬件目標接口數量有限。但由于需對運行于與實(shí)驗室內仿真器相連接的外部硬件上的目標外設或主機進(jìn)行建模，因此在適應性、可靠性以及ROI等方面存在嚴重缺陷。

　　線(xiàn)纜以及外部硬件設備不但提高了復雜度，帶來(lái)了可靠性隱患，而且限定了仿真方式，因此實(shí)驗室的設置成為瓶頸環(huán)節。在進(jìn)行內電路仿真時(shí)，屬于不同項目組的多個(gè)遠程軟硬件工程師團隊同時(shí)進(jìn)行仿真的唯一方法是，在多個(gè)仿真器上運行同一項目設置。這樣做不但成本高昂、能耗極大，而且不易于管理。

　　幸運的是，目前已有第四種方法可用，即利用“虛擬實(shí)驗室”仿真環(huán)境。虛擬實(shí)驗室更適用于成員領(lǐng)域各異、挑戰錯綜復雜，且面臨相同的SoC開(kāi)發(fā)難題的大型團隊。

　　由于虛擬仿真實(shí)驗室具有可以向所有軟件工程師提供靈活仿真器、免去了由于布置線(xiàn)纜而造成的雜亂無(wú)章、不會(huì )因如RAID般的多個(gè)內電路仿真裝置同時(shí)運行而造成高能耗等優(yōu)點(diǎn)，因此為滿(mǎn)足SoC設計團隊對虛擬仿真實(shí)驗室的需求，這一新方法應運而生。很顯然，該解決方案需進(jìn)行多次軟件驗證過(guò)程。

　　在10余年協(xié)同模型研究的基礎上，Mentor Graphics公司于2012年宣布，一種全新的仿真方法研發(fā)成功。該方法擺脫了對目標外設的外部硬件設備運行模型的依賴(lài)，取而代之的是，允許客戶(hù)將仿真器置于通用數據中心，并且僅需將其視為另一種計算資源。

　　采用這一全新仿真方法，設計師可以將其目標協(xié)議與設計同時(shí)加載于仿真器，并通過(guò)個(gè)人電腦驅動(dòng)測試流程的軟件層，而真正的目標操作系統、驅動(dòng)程序以及應用程序則在一臺虛擬機上安全運行。

　　與其他方法相比，當軟硬件處于開(kāi)發(fā)早期階段，且更改頻繁時(shí)，更適宜采用該虛擬實(shí)驗室解決方案進(jìn)行SoC驗證。對于所含門(mén)電路達數以百萬(wàn)計的嵌入式處理器，多種外設，以及復雜軟件測試，虛擬實(shí)驗室的靈活性和生產(chǎn)效率均得到大幅提高。

　　從功能上講，虛擬實(shí)驗室和內電路仿真器相同，但更多的測試流程在軟件中進(jìn)行?？赏ㄟ^(guò)個(gè)人電腦或工作站進(jìn)行控制，且提供了與ICE解決方案中所用模型相同的硬件精確模型，并有適當的預驗證IP可供工程師使用。協(xié)議RTL模型、軟件棧以及應用程序可輕松地下載至仿真器，強化SoC驗證流程。和ICE類(lèi)似，軟件工程師可通過(guò)虛擬實(shí)驗室訪(fǎng)問(wèn)仍處于RTL階段的硬件設計，但方式更靈活，即無(wú)需通過(guò)繁冗設置，且無(wú)需在仿真器停機時(shí)間進(jìn)行。

　　對于硬件工程師來(lái)說(shuō)，將仿真器從實(shí)驗室移至數據中心，可避免因布線(xiàn)變動(dòng)、引腳損壞、可用引腳缺乏以及遠程實(shí)驗室工作人員對外部目標硬件進(jìn)行倒線(xiàn)時(shí)的徹夜等待而導致的停機。有了虛擬實(shí)驗室仿真，工程師的測試工作可不再依靠定制目標板進(jìn)行。

　　對于軟件工程師來(lái)說(shuō)，它則為在虛擬機上運行真正的目標操作系統提供了一個(gè)穩定性更好、靈活性更強的環(huán)境。比如，代碼請求內存不可用時(shí)，不會(huì )再出現硬件崩潰現象;電腦仍可正常工作，僅需虛擬機重新啟動(dòng)。

　　ROI亦隨著(zhù)對仿真器的訪(fǎng)問(wèn)而得到提高。在虛擬實(shí)驗室環(huán)境下，仿真器被視作一臺服務(wù)器，可供多個(gè)團隊、多個(gè)項目組，甚至處于不同地理位置的人員使用。它不再是一臺只可供少數特殊人群使用的昂貴設備。其目標是，同時(shí)為同一企業(yè)的各個(gè)項目組的所有軟硬件及集成工程師提供一個(gè)永遠在線(xiàn)的高度靈活的仿真環(huán)境。

　　通過(guò)同步工程實(shí)現ROI、質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的提升已走過(guò)了漫長(cháng)歷程。通過(guò)將SoC驗證移出實(shí)驗室，虛擬實(shí)驗室仿真創(chuàng )造的驗證環(huán)境最終使得上述目標成為現實(shí)。