加速ASIC/SoC原型設(shè)計的軟件技術(shù)

ASIC和SoC器件成本的逐步上升迫使半導(dǎo)體供應(yīng)商必須進一步開拓各個器件的市場以尋求滿意的投資回報。日益增長的軟件使用為此提供了有效的機制，因為增加的軟件內(nèi)容等同于更多的功能和軟件變化提供了特定市場產(chǎn)品的差異化。這種趨勢致使上百萬行軟件代碼在ASIC或SoC中出現(xiàn)也就不足為奇了。多內(nèi)核的使用增長致使在這些器件中使用的軟件數(shù)量大幅飚升，也提高了它們的復(fù)雜性。那么，軟件含量增多的趨向?qū)φ麄€設(shè)計過程意味著什么呢？

軟件復(fù)雜度的提高意味著如果想要實現(xiàn)產(chǎn)品的上市時間目標(biāo)就必須更早地著手軟件開發(fā)。由于軟件復(fù)雜度對全新應(yīng)用來說非常高，開發(fā)過程可能超過18個月，因此要在芯片量產(chǎn)前就著手軟件的開發(fā)，如果等到硬件開發(fā)出來就為時已晚。

基于FPGA的原型是一種理想的軟件開發(fā)平臺，因為它們運行軟件的速度至少要比模擬和仿真等其它驗證技術(shù)快10倍。雖然各種可供選擇的驗證技術(shù)在驗證流程中都占有各自的位置(見圖1)，但只有FPGA原型才具備足夠快的速度訓(xùn)練非常復(fù)雜的軟件程序和操作系統(tǒng)。最佳的系統(tǒng)集成和軟件測試要求速度在10MHz-50MHz以上，100MHz則更佳。而只有FPGA原型方案能達到這樣的速度，這也是它們應(yīng)用越來越廣泛的原因。

具備更低成本是FPGA原型設(shè)計使用增長的另一個關(guān)鍵原因。如今，一個復(fù)雜的SoC需要投入100-200個軟件開發(fā)人員已經(jīng)是很常見的事。由于FPGA原型既是低成本又是可部署的，因此可分配給軟件開發(fā)小組的各位成員。這意味著軟件開發(fā)小組的大部分成員無論身在何處都可以比其它方法提前幾個月組織并運轉(zhuǎn)起來。

軟硬件的集成是一個艱辛的過程。設(shè)計小組必須確保所有規(guī)格按原計劃得以執(zhí)行。而這通常要等硬件設(shè)計通過徹底的測試并確信沒有程序錯誤才可以開始。然而，即使經(jīng)過了大量驗證，當(dāng)軟硬件集成到一起時，那些難以查找的程序錯誤最終還是會出現(xiàn)。復(fù)雜SoC中的程序錯誤會深藏在系統(tǒng)中，并以不確定的方式表現(xiàn)出來，這是因為硬件和軟件之間存在復(fù)雜而無法預(yù)料的相互作用。簡單地檢測這些缺陷需要特別長和耗時的測試序列，這對于較慢的驗證方法是不切實際的。而且，一旦問題出現(xiàn)，實際的設(shè)計調(diào)試也需要花費大量的時間和精力。新的原型調(diào)試方法，如Synplicity公司的TotalRecall完全可視技術(shù)，可以通過捕獲針對難以查找的程序錯誤而開發(fā)的測試平臺而充分簡化這些工作，以致能在仿真器中重現(xiàn)這些程序錯誤。

圖1：SoC驗證方法論的主要相關(guān)任務(wù)以及在每項任務(wù)范圍內(nèi)原型設(shè)計的使用率。

FPGA原型還有一個有趣而強大且與設(shè)計驗證無關(guān)的應(yīng)用，就是它們可以在設(shè)計初期用于架構(gòu)探究(architectural exploration)。例如，架構(gòu)設(shè)計師可能想要探究DSP或圖形算法以觀察使用不同算法或不同實現(xiàn)方式時候系統(tǒng)性能的變化。在這種情況下，為了評估架構(gòu)變化對視頻圖形算法的影響，需要一定的硬件性能。使用FPGA原型設(shè)計，架構(gòu)師就可以在設(shè)計早期就完成架構(gòu)探究，以確保在實現(xiàn)SoC性能之前作出有效的選擇。

通過與用戶和供應(yīng)商的交流以及對用戶的調(diào)查，Synplicity公司估計有超過90%的SoC和ASIC在用FPGA做原型。對ASIC和SoC原型的這種需求正在呈兩位數(shù)增長，而且據(jù)市場調(diào)研公司Gary Smith EDA對業(yè)界多內(nèi)核使用的預(yù)測，這一趨勢將會繼續(xù)下去。

盡管有這些優(yōu)點，但FPGA原型設(shè)計并不能替代其它驗證方法，而是對一些現(xiàn)有技術(shù)的重要補充。事實上，更好地集成全套驗證技術(shù)將成為未來開發(fā)的主要方法。Synplicity公司利用TotalRecall技術(shù)集成了原型調(diào)試和仿真就是在這一方向上邁出的第一步，但還有更多的事情要做。例如，還需要加快原型開發(fā)并使它易于修改。最終目的是建立一個能讓設(shè)計師快速工作、快速調(diào)試、無時延更改的環(huán)境。在這個新時代，F(xiàn)PGA原型設(shè)計將與其它驗證技術(shù)一樣重要?！皩嵥佟?at-speed)運行能力，即以硬件一樣快的速度執(zhí)行測試，將是SoC驗證不可或缺的一部分。只有這樣，設(shè)計師才能應(yīng)對不斷提高的器件和軟件復(fù)雜性所帶來的新興挑戰(zhàn)。