我们需要怎样的硬件验证产品

如前文《硬件仿真会不会取代软件仿真》所述：现阶段在芯片规模越发庞大的趋势下，在综合考虑容量、人力、周期等等因素下，硬件仿真已经是一种必不可少的验证手段。顺着这个思路往下走，本文将讨论一下，目前在市面上以硬件方式为载体的芯片验证产品。

众所周知，目前市面上硬件仿真器（Emulator）和原型验证系统（Prototyping）是数字芯片设计过程中两种重要的工具，它们在不同阶段发挥着关键作用；当然，我们也忘不了目前还在市面上大量存在的“前辈”---FPGA开发板。关于这三者的基本概念，目前已经有很多资料可以查询到，这里不再赘述，我们就对上述产品的特点作一些展开讨论：

01 硬件仿真器(Emulator)

硬件仿真器(Emulator)的主要工作方式，是把数字芯片的代码外加大量的调试逻辑下载并工作，其特点和优势在于：

● 早期验证：在进行芯片设计的早期阶段，能够以高效率发现大量的设计bug（平均估计下来约为总问题数的80%），从而节省下很大的时间周期和人力成本

● 上手和灵活性：易用性较强，人工干预少；可以快速建立、迭代及测试不同的设计方案

● 调试功能：提供强大的调试工具和波形查看功能，有助于定位和修复设计中的错误

02 原型验证（Prototyping）

原型验证（Prototyping），主要是基于硬件的实际原型（如FPGA原型）:即将设计代码转为FPGA可以承载并运作的位文件流，在一定的工作频率下模拟出待测试芯片（或者是一部分模块）的真实功能状况。它的主要特点和优势是：

● 近实时性：提供比纯软件仿真(Simulation)更接近实际环境的验证，包括实际的时序和电气特性

● 系统级验证：能够和Host主机(Server等)相连，从而验证整个系统的互通操作性、功能和性能

● 硬件接口验证：扩展性较强，适合验证待测设计与外部设备的兼容性和互操作性

03 FPGA开发板（FPGA Development Board）

FPGA开发板（FPGA Development Board）的主要特点和优势：

● 价格：成本低廉，上手容易；

● 灵活性：体积小巧、移动和携带均非常方便，对电源供应无特别严格的要求

● 适合对象：特别适合院校学习、小型规模IP和子系统的开发和验证工作

图1：三种硬件验证产品的特性对比图

在实际应用中，同一家公司通常会结合使用硬件仿真器和原型验证系统。硬件仿真器可以用于快速验证设计概念和初步功能，而原型验证则用于最终确认设计的正确性和性能。但在中大型芯片的开发验证中，局限于容量的大小，“老前辈”FPGA开发板无法承担起容纳主力芯片逻辑的“扛把子”角色，只能作一些辅助性的方案类验证工作：举例说，把带独立CPU和一些视频接口的开发板连接到硬仿或原型系统，作一些特定视频协议的验证工作；是一个典型的应用场景。

一个设想：关于”硬件仿真器和原型验证系统”的有机结合

出于一些历史遗留原因，我们目前在市面看到的硬件仿真器和原型验证产品，产品线往往是分开且各自为营的一个市场布局。没错，从前文的描述内容看，的确它们的功能是各有特点的,但由此带来的问题也显而易见：

需要至少购置/租用一套硬仿系统和一套原型验证系统(由此带来场地租用、电力供应等额外费用)

管理维护两套代码，以此带来额外的存储和传输成本

发现问题后的根因回溯、修正及回归测试的流程延误

不同团队的人力资源总开销（人力成本是商业经营中的很大一部分）

图2：传统的数字芯片设计/验证流程

在考虑“硬件仿真器和原型验证系统结合”的前置问题上，我们列举出一些目前二者存在的一些问题痛点：

硬仿系统的租用或购买的成本昂贵、体积庞大

硬仿系统的技术难度和壁垒高，无奈选择国外EDA公司的高价格方案；每年被迫接受固定不菲的软件许可费用

原型系统虽然其运行频率高，但调试手段非常有限；或者要额外购买调试硬件进行连接

原型系统的容量有限，在验证大芯片逻辑时捉襟见肘；

上述二者作大规模验证时的系统体积都十分庞大，原型系统的连接复杂费时、且难以移动（比如作车载移动测试时存在局限性）

芯启源仿真加速和原型验证二合一硬件系统-MimicPro

纵观目前的国内市场上，芯启源在这个问题上作出了大胆的革新，推出的“仿真加速和原型验证二合一硬件系统-MimicPro",主要具备了以下特点：

♛ 兼顾硬件仿真器的调试功能及原型系统的运行性能，与主机方便的高速互联调试通道

♛ 采用背板式互联结构，无需人工处理线缆的拔插操作，高效可靠

♛ 独有专利的时钟设计架构，较传统硬仿产品的工作性能大幅度上升

♛ 全互联的设计结构，及全自动的分区软件，有效提升工作频率

♛ 独特的分布式硬件设计，用户逻辑可用的资源占用率大幅度上升

♛ 丰富多样的调试手段及丰富协议的降速桥方案

♛ 体积紧凑，移动方便

以上各项特点，是芯启源的MimicPro产品长期在众多国内头部IC设计企业的大设计项目中不断打磨、有效改进的成果，也是有能力承载国产大芯片项目的技术根本。举个实例：近期，在客户处现场安装的一套MimicPro2-M32系统，2名工程师总共耗时约3小时就完成了。而同样规模的、电缆式连接的硬件系统，则至少需要好几天时间才能完成；可靠性不高且易出错；客户对于如此高效的Bring-Up速度十分满意。此外，也常有仅用数周时间就跑通客户的复杂传输协议的案例记录。