為什么說(shuō)OS是硬件仿真器的樞紐？

　　十多年來(lái)，筆者總是習慣每隔三年就進(jìn)行一次筆記本電腦升級，原因有很多。筆者經(jīng)常帶著(zhù)筆記本電腦出國出差，在經(jīng)過(guò)三年的高強度使用后，筆記本電腦因日常損耗 而愈發(fā)顯得“力不從心”。新一代硬件除運行速度更快、能耗更低、重量也更輕。此外，新一代的顯示器分辨率更高，而分辨率也是筆者對筆記本電腦功能的首要要 求。

　　支持升級的必要標準是：不論底層硬件如何，筆者平時(shí)搜集到的應用程序軟件套件必須能正常運行。操作系統 (OS) 使之成為了可能。OS 具有嵌入式驅動(dòng)程序，可保護應用程序軟件免受硬件干擾，確保新舊軟件應用程序與新舊硬件平臺的兼容性良好。

　　硬件仿真器是一種特殊用途的專(zhuān)用計算引擎，可用于執行特殊設計的各種不同類(lèi)型的任務(wù)，即數字電子系統的設計驗證。配備專(zhuān)用的 OS 后，硬件仿真器無(wú)需考慮時(shí)序行為，便可對設計的功能進(jìn)行驗證。而且驗證速度要比任何 HDL軟件仿真器快 100,000 至 1,000,000 倍。

　　由于硬件仿真器應用在芯片封裝測試之前，可提供您能夠想到的任何測試環(huán)境，因此在部署上具有通用性。這些測試環(huán)境包括：原型目標系統、等效虛擬目標系統、各 種復雜程度的測試平臺、嵌入式軟件及上述任意組合。部分商用硬件仿真器可讓軟件開(kāi)發(fā)人員在離線(xiàn)時(shí)進(jìn)行軟件調試。這與硬件工程師在離線(xiàn)時(shí)使用硬件仿真器生成 的波形來(lái)進(jìn)行硬件調試的方法類(lèi)似。硬件仿真器支持斷言、監控和檢查，能夠追蹤功能覆蓋范圍以及執行低功耗分析與功率預估。硬件仿真器是軟件調試、安全檢 查、硬/軟件錯誤恢復以及 IP 與內存集成/驗證的理想媒介，甚至還可實(shí)現性能特征和系統壓力測試仿真任務(wù)。

　　相較于之前的硬件仿真器，如今的硬件仿真器在多個(gè)方面都有了改進(jìn)。典型例子為：多個(gè)并發(fā)用戶(hù)間要共享的功能，不論是硬件設計師與驗證工程師之間，還是固件工 程師或軟件開(kāi)發(fā)人員之間。在集成遠程訪(fǎng)問(wèn)功能后，只要存在 SoC 設計團隊，就可以使用硬件仿真器的原始功能和通用性部署。顯然，在投資回報率 (ROI) 分析中這一點(diǎn)很重要。參見(jiàn)圖 1。

　　然而，硬件系統的固有特性會(huì )對硬件仿真器產(chǎn)生影響。安裝和測試一個(gè)硬件仿真平臺可能需要數天時(shí)間，而安裝和測試一個(gè)軟件應用程序通常只需幾分鐘，這簡(jiǎn)直是天 壤之別。重大升級與重新配置亦是如此耗時(shí)。對于大型公司而言，有時(shí)可能會(huì )選擇將硬件仿真器遷至其他地點(diǎn)或其他洲。這會(huì )導致超長(cháng)的停機時(shí)間，少則數周，多則 數月。

　　與基于軟件的驗證工具不同，硬件仿真器需要定期維護(如為預防性維護)，比如系統軟件升級、小硬件更換和重新配置。糾正時(shí)可能會(huì )引起意外停機，比如硬件故障、A/C 異常和電源斷電。

　　理想情況下，硬件仿真器的 OS 應考慮所有這些因素，以增強方便性、提高簡(jiǎn)便性以及增加投資回報。

　　從 底層硬件開(kāi)始，OS 會(huì )保護任何版本的硬件仿真器(包括硬件仿真器的后續版本)免受應用程序軟件的干擾。如協(xié)同建模、基于事務(wù)的驗證、功能覆蓋率和功耗分析等應用程序以及任何 其他將要開(kāi)發(fā)的應用程序(不論是針對硬件驗證、軟件測試還是系統驗證)都可在任何硬件仿真器的后續版本上運行。參見(jiàn)圖 2。

　　除此之外，OS 可使企業(yè)建立一個(gè)整合了各代硬件仿真平臺的仿真數據中心，以確保投資回報的最大化。

　　在 多用戶(hù)環(huán)境中，OS 可自動(dòng)高效地管理硬件仿真器資源，并將其與當前 IT 負載管理解決方案進(jìn)行結合。多個(gè)并行任務(wù)根據用戶(hù)的優(yōu)先級和資源可用性進(jìn)行排隊，不會(huì )出現因獨特硬件結構而引起的故障。任務(wù)自動(dòng)中止(例如由協(xié)同建模資源 或 I/O 目標的臨時(shí)不可用而導致的中止)和重新恢復確保了高效性。

　　硬件仿真器資源中的任務(wù)自動(dòng)重定位旨在針對更大的能力需求對新任務(wù)進(jìn)行調節，從而增加平臺的利用率。儀表板會(huì )以圖表形式報告各項任務(wù)的排隊狀態(tài)。

　　同樣重要的是，軟件升級、硬件重新配置和所有安排在預防性維護中的操作都經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化，縮短了硬件仿真器的停機時(shí)間。由于 OS 會(huì )自動(dòng)、透明地管理所有操作，因此用戶(hù)無(wú)需重新培訓，工作流程和腳本也不需要重新寫(xiě)入。

　　此外，機器數據會(huì )得到收集，用以提供分析和圖表形式的歷史和地域使用統計。

　　這些功能和優(yōu)勢會(huì )最大化投資回報，使得先進(jìn) OS 的開(kāi)發(fā)成為硬件仿真中的必備流程。

　　此類(lèi) OS 以 Veloce OS3 為例，這是一款全新的操作系統，支持 Mentor Graphics 公司的Veloce 仿真平臺。

　　正如筆者每隔三年要升級一次筆記本電腦，筆記本電腦的 OS 好比是硬件仿真器的 OS，必須能支持所有版本的應用程序軟件。