如前文《硬件仿真會不會取代軟件仿真》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證手段。順著這個思路往下走，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證產(chǎn)品。

眾所周知，目前市面上硬件仿真器（Emulator）和原型驗證系統(tǒng)（Prototyping）是數(shù)字芯片設計過程中兩種重要的工具，它們在不同階段發(fā)揮著關鍵作用；當然，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，我們就對上述產(chǎn)品的特點作一些展開討論：

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試邏輯下載并工作，其特點和優(yōu)勢在于：

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

● 上手和靈活性：易用性較強，人工干預少；可以快速建立、迭代及測試不同的設計方案

● 調試功能：提供強大的調試工具和波形查看功能，有助于定位和修復設計中的錯誤

02 原型驗證（Prototyping）

原型驗證（Prototyping），主要是基于硬件的實際原型（如FPGA原型）:即將設計代碼轉為FPGA可以承載并運作的位文件流，在一定的工作頻率下模擬出待測試芯片（或者是一部分模塊）的真實功能狀況。它的主要特點和優(yōu)勢是：

● 近實時性：提供比純軟件仿真(Simulation)更接近實際環(huán)境的驗證，包括實際的時序和電氣特性

● 系統(tǒng)級驗證：能夠和Host主機(Server等)相連，從而驗證整個系統(tǒng)的互通操作性、功能和性能

● 硬件接口驗證：擴展性較強，適合驗證待測設計與外部設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）的主要特點和優(yōu)勢：

● 價格：成本低廉，上手容易；

● 靈活性：體積小巧、移動和攜帶均非常方便，對電源供應無特別嚴格的要求

● 適合對象：特別適合院校學習、小型規(guī)模IP和子系統(tǒng)的開發(fā)和驗證工作

圖1：三種硬件驗證產(chǎn)品的特性對比圖

在實際應用中，同一家公司通常會結合使用硬件仿真器和原型驗證系統(tǒng)。硬件仿真器可以用于快速驗證設計概念和初步功能，而原型驗證則用于最終確認設計的正確性和性能。但在中大型芯片的開發(fā)驗證中，局限于容量的大小，“老前輩”FPGA開發(fā)板無法承擔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證工作：舉例說，把帶獨立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)議的驗證工作；是一個典型的應用場景。

一個設想：關于”硬件仿真器和原型驗證系統(tǒng)”的有機結合

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證產(chǎn)品，產(chǎn)品線往往是分開且各自為營的一個市場布局。沒錯，從前文的描述內容看，的確它們的功能是各有特點的,但由此帶來的問題也顯而易見：

需要至少購置/租用一套硬仿系統(tǒng)和一套原型驗證系統(tǒng)(由此帶來場地租用、電力供應等額外費用)

管理維護兩套代碼，以此帶來額外的存儲和傳輸成本

發(fā)現(xiàn)問題后的根因回溯、修正及回歸測試的流程延誤

不同團隊的人力資源總開銷（人力成本是商業(yè)經(jīng)營中的很大一部分）

圖2：傳統(tǒng)的數(shù)字芯片設計/驗證流程

在考慮“硬件仿真器和原型驗證系統(tǒng)結合”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：

硬仿系統(tǒng)的租用或購買的成本昂貴、體積龐大

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

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

原型系統(tǒng)的容量有限，在驗證大芯片邏輯時捉襟見肘；

上述二者作大規(guī)模驗證時的系統(tǒng)體積都十分龐大，原型系統(tǒng)的連接復雜費時、且難以移動（比如作車載移動測試時存在局限性）

芯啟源仿真加速和原型驗證二合一硬件系統(tǒng)-MimicPro

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

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

? 采用背板式互聯(lián)結構，無需人工處理線纜的拔插操作，高效可靠

? 獨有專利的時鐘設計架構，較傳統(tǒng)硬仿產(chǎn)品的工作性能大幅度上升

? 全互聯(lián)的設計結構，及全自動的分區(qū)軟件，有效提升工作頻率

? 獨特的分布式硬件設計，用戶邏輯可用的資源占用率大幅度上升

? 豐富多樣的調試手段及豐富協(xié)議的降速橋方案

? 體積緊湊，移動方便

以上各項特點，是芯啟源的MimicPro產(chǎn)品長期在眾多國內頭部IC設計企業(yè)的大設計項目中不斷打磨、有效改進的成果，也是有能力承載國產(chǎn)大芯片項目的技術根本。舉個實例：近期，在客戶處現(xiàn)場安裝的一套MimicPro2-M32系統(tǒng)，2名工程師總共耗時約3小時就完成了。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間才能完成；可靠性不高且易出錯；客戶對于如此高效的Bring-Up速度十分滿意。此外，也常有僅用數(shù)周時間就跑通客戶的復雜傳輸協(xié)議的案例記錄。