淺談ICE ICE與虛擬設(shè)備對比

硬件仿真是唯一一個可以部署在多個操作模式中的驗證工具。事實上，它可應(yīng)用于四個主要模式中，而且模式間的結(jié)合使用可以增加靈活性。基于以下兩個特征對硬件仿真的應(yīng)用模式進行分類：對映射到硬件仿真器中被測設(shè)計（DUT）的激勵類型，以及DUT的響應(yīng)過程。具體包括：

1.內(nèi)電路硬件仿真（ICE）模式： 使用物理目標設(shè)備，通過頻率適配器來驅(qū)動硬件仿真器中的DUT。

2. 基于事務(wù)的硬件仿真或加速模式： 使用虛擬目標設(shè)備，通過驗證IP來驅(qū)動硬件仿真器中的DUT。

3. 軟件仿真測試平臺加速模式：通過程序語言界面（PLI）驅(qū)動硬件仿真器中DUT的寄存器傳輸級（RTL）測試平臺。

4. 嵌入式軟件加速模式：在硬件仿真器中的DUT處理器上執(zhí)行軟件代碼。

將幾種模式組合起來似乎是很有道理的，例如同時處理嵌入式軟件及通過驗證IP驅(qū)動DUT的虛擬測試平臺。

ICE

縱觀以往，ICE模式是最早提出的一種架構(gòu)，這也是三十年前開始設(shè)計硬件仿真的原因。在ICE模式中，DUT映射到硬件仿真器內(nèi)部，而硬件仿真器連接到由真實芯片組成的目標系統(tǒng)。

ICE具有兩大關(guān)鍵優(yōu)勢。第一，目標系統(tǒng)可在DUT內(nèi)外生成真實流量，從而在本質(zhì)上取代了基于軟件的傳統(tǒng)測試平臺。因此，無需創(chuàng)建測試平臺，即可消除耗時又容易出錯的工作，減輕驗證工程團隊因超負荷測試龐大設(shè)計所帶來的負擔。

第二，能夠以硬件仿真器的最大速度運行，較傳統(tǒng)的硬件描述語言（HDL）軟件仿真器而言，其速度提升了5~6個數(shù)量級。也就是兆赫與幾十赫茲之間的差別。而現(xiàn)如今，其可能不再那么精確了。

ICE模式存在諸多問題，有些已清楚明了，有些卻還尚未明確。首先，無法直連目標系統(tǒng)，因為相較于硬件仿真器內(nèi)部DUT的時鐘，目標系統(tǒng)時鐘的運行速度提高幾個數(shù)量級，從而必須被限制到一或幾兆赫。

為解決該問題，必須在目標系統(tǒng)與映射至硬件仿真器內(nèi)部的DUT之間插入速度適配器——基本上就是一種基于先進先出（FIFO）寄存器的協(xié)議相關(guān)接口。它能夠讓目標系統(tǒng)的快速時鐘適配硬件仿真器相對較慢的時鐘速度。這種方法存在一些缺點，因為適配器通常會通過犧牲部分功能和準確性來換取性能。同時，PCI Express（PCIe） 或以太網(wǎng)等高速協(xié)議也將會減速，以應(yīng)對適配器中FIFO內(nèi)在容量的不足。

圖1：帶有多個物理接口的SoC通過速度適配器和實際外圍設(shè)備進行建模。（由Mentor Graphics提供）

此外，適配器的周期精確行為由于同樣的原因也將與實際協(xié)議有所不同。配置僅局限于每個協(xié)議一個測試用例，且不涉及邊緣測試用例或任何“假設(shè)”分析。更不用說作為硬件的加速適配器針對電效應(yīng)和磁效應(yīng)所受到的影響。它們必須重置電路，需要磁屏蔽以及布設(shè)電纜和連接器，因為所有這些因素均可能影響其靈活性和可靠性。除此之外，相比軟件解決方案，它們所能獲得的利潤率較低。

另一個明顯的缺點就是在驅(qū)動DUT時，物理目標系統(tǒng)相對缺乏確定性行為或非重復(fù)性行為。多次運行同一測試時，其周期和時序可能會有所不同。也就是說，設(shè)計錯誤可能不會總在同一時刻出現(xiàn)。更糟糕的是，錯誤可能會完全不出現(xiàn)，影響問題的定位。此外，ICE模式無法實現(xiàn)物理目標執(zhí)行保存和恢復(fù)的能力。硬件仿真只能保存 DUT 的狀態(tài)，而非目標系統(tǒng)的狀態(tài)。

然而，其最大的缺點就是它的極度不便性。如果沒有人在現(xiàn)場提供幫助，對每個用戶和設(shè)計相對應(yīng)的速率適配器進行插拔，可能無法遠程訪問ICE模式的配置。

這一切均給ICE模式的使用帶來麻煩，因而需要尋找其他替代方法。一種方法就是將物理測試環(huán)境變更為通過事務(wù)接口連接DUT的虛擬測試環(huán)境。這種部署模式通常稱為基于事務(wù)的驗證或TBX，由Mentor Graphics推廣，適用于測試平臺加速。