基于C語言軟硬件設(shè)計工具，打造DSA敏捷設(shè)計新范式

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）從萬物互聯(lián)走向萬物智聯(lián)，其中一個明顯差異是，傳統(tǒng)MPU/MCU/CPU在解決特定領(lǐng)域需求時，PPA表現(xiàn)逐漸變得糟糕。在這種情況下，特定領(lǐng)域架構(gòu)（DSA，Domain Specific Architecture）作為針對特定領(lǐng)域定制的可編程處理器，通過微架構(gòu)創(chuàng)新，帶來了更好的性能和功耗表現(xiàn)，成為各大新興領(lǐng)域打造芯片的高性價比方案。

不過，DSA作為一種新型架構(gòu)，采用傳統(tǒng)的EDA工具很難發(fā)揮出潛力，行業(yè)迫切需要一種專門為設(shè)計DSA打造的EDA工具，芯易薈FARMStudio便應(yīng)運而生。

多維度創(chuàng)新實現(xiàn)DSA敏捷設(shè)計

去年這個時候，芯易薈（ChipEasy）發(fā)布FARMStudio。這是一款以C語言描述，基于RISC-V基礎(chǔ)指令集的專用處理器生成工具。針對密集計算和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用場景，賦能工程師自由探索計算架構(gòu)，優(yōu)化PPA，快速收斂至最佳設(shè)計。

FARMStudio工具

首先值得一提的就是C語言。在專訪中，芯易薈軟件研發(fā)副總裁張衛(wèi)航表示，基于C語言定制指令的軟硬件一體化設(shè)計方法學是芯易薈全球首創(chuàng)的方式，同時，在嵌入式開發(fā)、CPU優(yōu)化開發(fā)、算法開發(fā)和AI基礎(chǔ)算法開發(fā)等方面都是采用C語言。因而，在CPU設(shè)計和算法開發(fā)方面，C語言能夠作為一種通用語言，這是非常有優(yōu)勢的一點?！白鯝I的人，一旦進入到底層，要做算子優(yōu)化的時候，必須面對C語言，所以C語言本身不會造成行業(yè)壁壘。”

如下圖所示，F(xiàn)ARMStudio工具就是通過C語言來做超級指令定制，最終形成新的DSA架構(gòu)。這里面涉及一個數(shù)字芯片設(shè)計的發(fā)展趨勢：從寄存器傳輸級別（RTL）的設(shè)計輸入層次到功能/指令（ISA）級別輸入層次。過往，由于RTL行為描述可以精確地確定數(shù)字系統(tǒng)的操作，所以RTL綜合成為當前EDA行業(yè)的主流設(shè)計方法，然而自20世紀90年代至今，這一方法就沒有再取得重大創(chuàng)新，因此DSA設(shè)計需要全新的EDA工具。

C語言做超級指令定制

其次，ISA在設(shè)計DSA時優(yōu)勢就很明顯，原因在于，ISA本就是CPU用來計算和控制計算機系統(tǒng)的一套指令的集合，每一個新型的處理器設(shè)計實際上都需要一套新的ISA和其他硬件系統(tǒng)配套，F(xiàn)ARMStudio在這個環(huán)節(jié)中成為設(shè)計人員手中的高效工具。

張衛(wèi)航總結(jié)稱，DSA設(shè)計的敏捷原則如下：

?改進工具和生成器勝過改進實例。

?應(yīng)對變化勝過按計劃行事。

?不完整、可制造的原型勝過功能齊全的模型。

?協(xié)作、靈活的團隊勝過僵化的孤軍奮戰(zhàn)。

當然，除了設(shè)計理念的創(chuàng)新，芯易薈FARMStudio也從方案創(chuàng)新層面加速開發(fā)，并提出了軟硬件協(xié)同左移的理念。芯易薈市場總監(jiān)徐明介紹稱，傳統(tǒng)工具在做硬件設(shè)計時，需要先做架構(gòu)設(shè)計，然后做架構(gòu)驗證再去做開發(fā)，整個周期至少是以月計的。FARMStudio的優(yōu)勢在于用戶的idea可以快速實現(xiàn)，然后應(yīng)用層的軟件就可以在上面跑，以此來進行快速的軟硬件迭代。

FARMStudio在驗證中快速成長

過去一年的時間里，芯易薈FARMStudio工具得到了市場的廣泛認可，并獲得了非常多的應(yīng)用實例。當然，過去一年的時間里，芯易薈FARMStudio也迎來了很多重要的更新，包括云虛擬FPGA、多層次開發(fā)及驗證平臺（FTOS）、異構(gòu)多核心設(shè)計驗證平臺和快速中斷響應(yīng)功能等。

如下圖所示，F(xiàn)TOS（FARM Testing Operation System）是芯易薈首創(chuàng)的多層次驗證環(huán)境。張衛(wèi)航表示，F(xiàn)TOS實現(xiàn)了從C語言代碼到指令級的周期精確仿真，到電路的RTL仿真，再到FPGA上的仿真等多個層次的相互驗證。

芯易薈FARMStudio的FTOS驗證環(huán)境

云虛擬FPGA驗證是FARMStudio V2 .0工具中的重要更新，非常直觀地改善了工具的易用性。張衛(wèi)航稱，芯易薈已經(jīng)在云端部署了兩塊不同容量、已經(jīng)經(jīng)過驗證的FPGA，它們可以讓用戶直接從本地穿透連接到云端，驗證結(jié)果和本地FPGA驗證的結(jié)果完全一致。并且，相較于傳統(tǒng)云FPGA，芯易薈的云FPGA有一個特有的功能，可以兼容多層次驗證功能，提供虛擬文件系統(tǒng)服務(wù)和虛擬音視頻流。此外，為了滿足仿真時的數(shù)據(jù)流輸入，芯易薈云FPGA還提供了虛擬外設(shè)，用戶可以通過USB3與FPGA進行高速數(shù)據(jù)傳輸。

芯易薈云FPGA

同時值得一提的創(chuàng)新是FARMStudio V2 .0工具提供異構(gòu)多核心設(shè)計驗證平臺?；谶@個平臺，用戶可以獲得：

·指令定制調(diào)用的異構(gòu)多核核心直連模塊（DIO）

·簡潔高效的多核配置描述方案

·基于X86 C的多核功能開發(fā)驗證支持系統(tǒng)

·基于FARMC自動生成的多核虛擬仿真器（SystemC based）

·支持異構(gòu)多核自動生成與部署的RTL/FPGA驗證系統(tǒng)

張衛(wèi)航強調(diào)，F(xiàn)ARMStudio V2 .0工具中的DIO可以進行核間數(shù)據(jù)重組和核間信號通信，實現(xiàn)了多核通信中的一些基本功能。

徐明指出，快速中斷響應(yīng)功能是在與用戶溝通時，很多用戶迫切需要的一個功能，在芯易薈的工具中用戶可進行勾選。

此外，徐明提到，芯易薈也在自研一些IP產(chǎn)品?！坝袆e于傳統(tǒng)IP授權(quán)模式下供應(yīng)商僅提供固定規(guī)格產(chǎn)品線，芯易薈IP允許客戶通過配置界面進行靈活調(diào)整，可更好地適配其業(yè)務(wù)需求?！彼诮榻B中說。

結(jié)語

通過FARMStudio V2 .0工具的更新能夠看到，芯易薈的工具已經(jīng)逐步從能用變?yōu)橐子?、好用，隨著生態(tài)布局的完善，目標是打造一個DSA設(shè)計通用的工具。當然，徐明也特別指出，未來一到兩年的時間里，芯易薈依然會比較專注，聚焦于進一步打磨FARMStudio工具的質(zhì)量和易用性。當有了這些堅實的基礎(chǔ)，各種各樣的DSA設(shè)計都可以在FARMStudio上實現(xiàn)。