基于混合建模的SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證平臺(tái)研究

摘 要 針對(duì)SoC片上系統(tǒng)的驗(yàn)證，提出新的驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證方法。首先介紹SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的必要性，并在此基礎(chǔ)上提出用多抽象層次模型混合建模(Co-Modeling)的方法構(gòu)建出驗(yàn)證平臺(tái)。然后，闡述了此驗(yàn)證平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，如驗(yàn)證環(huán)境統(tǒng)一、仿真速度快等，接下來介紹了驗(yàn)證平臺(tái)架構(gòu)及關(guān)鍵部分的具體實(shí)現(xiàn)。最后以一個(gè)實(shí)例說明此驗(yàn)證平臺(tái)的可用性。此驗(yàn)證平臺(tái)適于實(shí)現(xiàn)SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證，降低了SoC的驗(yàn)證難度。
關(guān)鍵詞 片上系統(tǒng)軟硬件協(xié)同驗(yàn)證混合建模驗(yàn)證平臺(tái)

引 言
伴隨著微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和摩爾定律的不斷應(yīng)驗(yàn)，IC設(shè)計(jì)的規(guī)模越來越大，集成度也越來越高，已經(jīng)足以將整個(gè)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片中，這種技術(shù)就是SoC(System onChip，片上系統(tǒng))技術(shù)。相對(duì)于PCB(Printed CircuitB0ard，印刷電路板)級(jí)的系統(tǒng)，SoC的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。SoC意味著更好的電路時(shí)序和更高的可靠性，但同時(shí)SoC也意味著更復(fù)雜的邏輯。為了解決SoC的眾多設(shè)計(jì)難題，SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)中最顯著的一個(gè)特征就是IP(Intellec-tual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán))的復(fù)用技術(shù)；然而系統(tǒng)的復(fù)雜度決定了不可能簡單地將各個(gè)IP模塊集成起來就完成了SoC的設(shè)計(jì)，SoC驗(yàn)證成為了一個(gè)新的問題。
在驗(yàn)證問題成為SoC設(shè)計(jì)的新的挑戰(zhàn)之后，人們逐漸提出各種應(yīng)對(duì)方法。其中，SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的思想，切實(shí)反應(yīng)了SoC驗(yàn)證中的問題和解決方法，越來越多地受到關(guān)注。本文以SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證思想為基礎(chǔ)，提出一種驗(yàn)證平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)考慮到SoC的不同設(shè)計(jì)層次，建立起統(tǒng)一的高速的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證環(huán)境，有效的緩解了SoC驗(yàn)證中的關(guān)鍵難題。

1 SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證
SoC設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的功能是需要SoC的軟件硬件相互配合共同實(shí)現(xiàn)的，這就出現(xiàn)了軟硬件接口的驗(yàn)證問題。在以往的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，由于軟件的實(shí)際運(yùn)行需要一個(gè)完整的可用的硬件平臺(tái)，軟件與硬件的接口的驗(yàn)證過程是在硬件全部開發(fā)完畢，至少獲得了硬件原型之后。這樣的開發(fā)流程最嚴(yán)重的問題就是，軟硬件之間的接口可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤。而要糾正這樣的錯(cuò)誤，要么修改軟件來適應(yīng)硬件(這一般都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能的損失)，要么修改硬件來適應(yīng)軟件(這又要導(dǎo)致硬件的設(shè)計(jì)、制造的更改，造成成本上升，設(shè)計(jì)周期延長)。無論哪一種方法都是設(shè)計(jì)者所不希望看到但是又不能保證避免的。所以，在SoC的設(shè)計(jì)方法學(xué)中，必須在軟硬件的開發(fā)過程中，就完成硬件原型的建立，并開始軟硬件的聯(lián)合驗(yàn)證，即SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證。

2 混合建模實(shí)現(xiàn)SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證
本文在一般的SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，提出混合建模方法(Co-Modeling)，使用各種不同抽象層次的模型共同組成SoC硬件系統(tǒng)，直接為SoC的軟件提供可運(yùn)行的載體，來實(shí)現(xiàn)SoC軟硬件協(xié)同驗(yàn)證。不同抽象層次的模型包括事務(wù)級(jí)模型、功能性模型的高抽象層次的模型和RTL模型。
2．1 驗(yàn)證平臺(tái)架構(gòu)說明
如圖1所示，整個(gè)驗(yàn)證平臺(tái)的架構(gòu)可以分為兩個(gè)部分：軟件建模部分，以PC機(jī)上軟件的形式建模；硬件建模部分，以FPGA的形式建模。全部的硬件部分和除“ARM軟件集成開發(fā)環(huán)境”之外的軟件部分都用來建模SOC硬件系統(tǒng)，SoC軟件可以直接在這個(gè)SoC硬件系統(tǒng)模型上運(yùn)行、調(diào)試，如圖中“ARM軟件集成開發(fā)環(huán)境”所示。驗(yàn)證平臺(tái)建模的SoC硬件系統(tǒng)，是針對(duì)ARM架構(gòu)的SoC，以AHB總線為基礎(chǔ)。AHB總線上的各模塊為建模的基本單元。