重新審視基于FPGA的原型設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)跨越多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的要求可能因最終應(yīng)用領(lǐng)域而異。雖然功率、性能和成本是電子元件硅設(shè)計(jì)中要滿足的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先事項(xiàng)，但汽車和航空航天/國防等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)踩蕴砑拥皆O(shè)計(jì)優(yōu)先事項(xiàng)列表中，而在其他領(lǐng)域，安全性是關(guān)鍵或現(xiàn)場(chǎng)可升級(jí)性需要被考慮。

驗(yàn)證、原型設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)是跨這些領(lǐng)域和設(shè)計(jì)要求的共同主題。為了允許嵌入式軟件開發(fā)，經(jīng)典的早期驗(yàn)證技術(shù)（如模擬）通常被認(rèn)為太慢，而使用 QEMU 等虛擬平臺(tái)的抽象有時(shí)被認(rèn)為不夠準(zhǔn)確。

長期以來，基于 FPGA 的原型設(shè)計(jì)一直是硅前軟件開發(fā)的首選平臺(tái)。與它的老大哥硬件仿真相比，在 Cadence Palladium Z1 企業(yè)仿真平臺(tái)等工具中，它的執(zhí)行性能從 MHz 級(jí)擴(kuò)展到 10 兆赫茲甚至 100 兆赫范圍，而且成本更低，允許將其復(fù)制給軟件團(tuán)隊(duì)的更多成員。

傳統(tǒng)上，基于 FPGA 的原型的障礙一直是它的啟動(dòng)過程，有時(shí)需要幾個(gè)月的時(shí)間才能提供給軟件開發(fā)人員。原因是需要將 ASIC 設(shè)計(jì)從其實(shí)際的硅目標(biāo)技術(shù)重新映射到 FPGA 提供的結(jié)構(gòu)中，這需要重新映射部分設(shè)計(jì)。

首先，ASIC 中的存儲(chǔ)器需要映射到 FPGA 中可用的資源中，或者映射到包含特定附加存儲(chǔ)器（如 DDR）的子卡中。處理 ASIC 的時(shí)鐘可能是一場(chǎng)噩夢(mèng)，在 PCB 和 FPGA 上更復(fù)雜的設(shè)計(jì)中需要同步 10 多個(gè)時(shí)鐘?？缍鄠€(gè) FPGA 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分區(qū)絕非易事，而且通常需要使用低壓差分信號(hào) （LVDS） 技術(shù)在同一引腳上多路復(fù)用多個(gè)信號(hào)。

［Palladium Z1 和 Protium S1 平臺(tái)的 Cadence 多結(jié)構(gòu)編譯流程。］

傳統(tǒng)上，較大的公司擁有原型設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，專門負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)的 RTL 版本并將其映射到 FPGA 中。然而，隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性的增加，執(zhí)行上述所有任務(wù)變得越來越困難，而軟件開發(fā)人員則不耐煩地在團(tuán)隊(duì)上空盤旋以訪問它。

借助基于 Protium S1 FPGA 的原型設(shè)計(jì)平臺(tái)，Cadence 重新審視了原型設(shè)計(jì)，并專注于將原型設(shè)計(jì)時(shí)間從數(shù)月縮短至數(shù)周甚至數(shù)天。它通過在 Palladium Z1 仿真和基于 Protium S1 FPGA 的原型設(shè)計(jì)之間實(shí)現(xiàn)一致性，以及重新使用一些仿真前端進(jìn)行原型設(shè)計(jì)來做到這一點(diǎn)。

復(fù)雜的手動(dòng)內(nèi)存建模已使用仿真中已知的內(nèi)存模型自動(dòng)化；編譯流程負(fù)責(zé) FPGA 之間的分區(qū)和時(shí)鐘同步?？梢栽诜抡嬷序?yàn)證要映射到 FPGA 架構(gòu)的網(wǎng)表，從而節(jié)省寶貴的布局布線時(shí)間。一旦在基于 FPGA 的原型設(shè)計(jì)中以比仿真快約 5 倍的速度識(shí)別出缺陷，就可以將相同的設(shè)計(jì)推回仿真，以利用那里提供的更好的調(diào)試功能。

作為還包括形式驗(yàn)證、仿真和仿真的 Cadence 驗(yàn)證套件的一部分，基于 FPGA 的原型設(shè)計(jì)剛剛通過自動(dòng)化進(jìn)行了重新發(fā)明，并可供更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)人員使用。

審核編輯：郭婷