嵌入式硬件培訓出來_嵌入式系統(tǒng)芯片的軟硬件協同仿真環(huán)境設計

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嵌入式硬件培訓出來_嵌入式系統(tǒng)芯片的軟硬件協同仿真環(huán)境設計,   

   

　　隨著微電子產業(yè)日新月異的發(fā)展，IC設計的規(guī)模越來越大，集成度越來越高，已經足以將一套完整的系統(tǒng)集成到一塊小小的芯片中。在這種形勢下，SoC技術應運而生。隨著IP核復用技術的出現，SoC芯片的設計已經不再是很大的難題，SoC芯片的驗證已逐漸取代芯片設計成為芯片開發(fā)階段的瓶頸�，F階段SoC芯片設計的正確性要經過前仿真、后仿真以及FPGA驗證來保證。前仿真包括單元驗證、集成驗證和系統(tǒng)驗證，后仿真包括帶反標時序SDF的網表仿真，其中系統(tǒng)驗證和后仿真都需要關注SoC芯片的全局功能，這就涉及SoC的軟件仿真和硬件仿真的協同問題。本文以DSM模型替代ARM核，以VMM驗證方法學和VCS仿真器為基礎，搭建一個可重用性高、調試和定位問題方便、仿真真實性高、軟件和硬件能夠很好配合的協同驗證平臺。

　　

  

   

　　軟硬件協同仿真架構如圖1所示，協同驗證分軟件驗證環(huán)境和硬件驗證環(huán)境兩部分。軟件代碼通常由C/C++和匯編語言混合編寫而成，然后由軟件編譯器轉換成二進制格式，最后將該二進制文件加載到SoC芯片的存儲器中去，芯片boot啟動時由ARM核調用軟件代碼并執(zhí)行;硬件環(huán)境基于VMM驗證方法學進行搭建，下文中會有詳細介紹。協同仿真就是通過事件和命令，使用一些機制，在這兩個環(huán)境間進行控制。

　　2 DSM模型的使用

　　SoC芯片的CPU一般選用ARM，協同驗證平臺中ARM可以用seamless CVE模型替代，或者直接選用ARM網表。采用seamless CVE模型進行仿真，雖然速度比較快，但需要替換設計中的Memory模型，且必須使用CVE自己的模型，這樣與芯片真實情況有出入;采用ARM網表進行仿真，速度比較慢，調試也不方便，但是更接近實際情況。相比于這兩者，本文采用的DSM（Design SimulaTIon Model）模型由ARM公司提供，能完全模擬ARM的接口和時序行為，具有更高的真實性，而且DSM無需更換存儲器模型和外掛仿真工具，使驗證DUT與實際芯片完全一致，即不必為了滿足仿真需求修改部分RTL代碼。此外，DSM環(huán)境仿真過程中輸出的LOG文件log.eis真實記錄每個周期執(zhí)行的CPU代碼和操作。根據該文件能快速定位軟件問題。CVE環(huán)境通過調用XRAY軟件調試工具，雖然可以進行單步調試、沒置斷點等操作，但出現軟件問題時定位沒有DSM環(huán)境那么直觀、方便。

　　DSM是ARM公司提供的設計仿真模型，該模型直接從ARM公司的RTL代碼經過加密處理轉化而來，具有同真實RTL代碼完全一致的功能和特性。在時序仿真過程中，還能直接對該模型反標時序。在仿真過程中，將模型WRAPPER——也就是模型的最頂層——例化到RTL代碼中，仿真器在仿真過程中觸發(fā)WRAPPER，請求Model Manager動態(tài)調用模型庫進行仿真。Model Manager響應請求動態(tài)調用模型庫文件，達到功能仿真的目的。由此可以看出，Model Manager在仿真過程中充當中介角色，將模型和仿真器動態(tài)連接在一起。DSM模型的工作原理如圖2所示。

　　

  

   

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　　ARM匯編器工具ARMASM、ARM的C/C++編譯工具ARMCC和ARMCPP，以及ARM的鏈接工具ARMLINK，利用ARM工具對軟件代碼進行編譯鏈接生成的文件格式為ELF格式（Executable Link File），原始代碼在文件中的位置通過SCATTER文件指定，ARM提供了fromelf工具，該工具將ELF格式的文件根據運行時域轉化為二進制文件，以便在仿真起始階段將代碼放到指定的Memory中。在makefile中將ELF格式轉化為BIN文件的具體實例如下：

　　Fromelf-bin output./softWare.elf

　　上述語句表示將software.elf文件轉化為二進制文件放到當前目錄。

　　在軟硬件協同仿真的初始階段，需要將生成的二進制文件導入相應的存儲器中，這通過Verilog提供的系統(tǒng)函數fread實現。下面是一個將二進制文件導入存儲器的實例，先通過$fopen函數讀出文件地址，然后通過$fread函數將指定地址的文件數據傳給變量inst_fik_word，最后將變量inst_file_world中的值傳給存儲器中的相應地址單元。在DSM仿真中都需要一個這樣的“橋梁”文件，將軟件和邏輯鏈接起來。

　　

  

   

　　

  

   

　　軟硬件協同仿真的軟件結構如圖3所示，系統(tǒng)BOOT起來后直接跳轉到main（）函數進行單進程任務，如果出現中斷異常，則boot代碼中根據中斷向量表地址跳轉到中斷處理函數。中斷處理函數中包含對各中斷的處理，main（）函數中調用各個模塊的TC（Test Case）函數，TC調用底層的驅動代碼。驅動代碼的編寫則基于各個模塊的寄存器定義文件和全局變量。該軟件結構清晰可控，便于各測試用例TC的并行提交和管理。