SoC原型验证技术的研究

文章摘要： 在SoC 原型验证中，不同的硬件模块用不同的方式实现。处理器用主机CPU或者原型硬件中的嵌入式处理器实现；存储器用原型硬件中与FPGA直接相连的存储器排实现；Verilog描述的核心模块在FPGA中实现；和中长跑餐桌设模块用原型硬件中的外设资源实现；模块之间的互连实现在FPGA和原型硬件的互连总线上。IP原型验证需要确定它的外围逻辑环境、验证向量生成机制和验证结果分析检查策略。本文把SoC 和IP验证中所有需要描述的模块及其互连与原型硬件的映射关系以及原型验证的硬件支持统称为设计的验证环境。被验证的设计用Verilog/VHDL语言描述，验证环境用Handel-C语言描述。Handel

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在SoC 原型验证中，不同的硬件模块用不同的方式实现。处理器用主机CPU或者原型硬件中的嵌入式处理器实现；存储器用原型硬件中与FPGA直接相连的存储器排实现；Verilog描述的核心模块在FPGA中实现；和中长跑餐桌设模块用原型硬件中的外设资源实现；模块之间的互连实现在FPGA和原型硬件的互连总线上。IP原型验证需要确定它的外围逻辑环境、验证向量生成机制和验证结果分析检查策略。本文把SoC 和IP验证中所有需要描述的模块及其互连与原型硬件的映射关系以及原型验证的硬件支持统称为设计的验证环境。被验证的设计用Verilog/VHDL语言描述，验证环境用Handel-C语言描述。

Handel-C描述完成后，用模拟器ModelSim和Handel-C开发工具DK协同模拟、调试设计和验证环境，这样可用较少的验证向量检查验证环境的正确性。模拟成功后，DK把验证环境的Handel-C描述编译为Verilog描述。然后调用综合工具（Synplify）对设计及其验证环境的Verilog描述进行编译优化。接着调用Xilinx的布局布线工具（ISE），把优化的Verilog描述转换为原型系统硬件的配置数据。原型系统配置完毕后，就可以启动系统执行原型验证了。如果模块设计的RTL优化已经完成，就无需调用Synplify进行优化，直接输入ISE即可。

在SoC 软硬件协同验证中，首先通过DK，协同模块C/C++描述的软件、Handel-C描述的验证环境和Verilog描述的模块；然后把软件编译成SoC 处理器的目标代码，让软件在原型系统中高速运行，执行验证。主机PC上运行的诊断软件与SoC 的软件模块的描述实现流程基本一致，只是最终实现运行在主机的处理器上。

2 SoC 原型验证系统样机

本文利用可配置计算电路板RC1000和SoC 设计展示评估平台RC200搭建了一个原型验证系统的样机，以充分体验SCSD的优缺点，为以后SoC 原型验证系统的设计做一些基础性研究工作。

原型验证系统的样机由PC主机、RC1000和RC200构成，如图2所示。在功能定位上，PC主机是主控子系统，RC1000和RC200共同组成原型子系统。RC1000插在PC主机的PCI插槽中。RC200和PC主机之间用并口总线连接。RC1000和RC200之间用自制的34位总线连接。

PC主机与原型子系统之间通信的方式有三种：单数位、字节和DMA。单数位方式使用GPI和GPO两根信号线进行一位的数据通信，可用来传递一个状态。字节方式使用RC1000控制/状态端口进行单字节数据传输，可用来传递控制命令或状态信息；两者采用握手协议，只有在操作完成之后才能返回。前两种方式一般用来对存储器所有权的交换进行同步，DMA方式一般用来大量数据的传输。首先主机以DMA方式在SRAM中写入数据；然后FPGA获得SRAM所有权后，读取数据并进行处理，将结果写入SRAM；最后主机又以DMA方式取回结果。

RC1000的FPGA外接四排SRAM，其中任何一排都可以赋给FPGA或者主机。SRAM是主机和原型子系统交换数据的缓冲区。

把RC1000和RC200连接起来，共同构成原型子系统弥补了两者的缺点：首先，为RC1000提供多种接口标准支持，如音视频输入输出、Internet和Bluetooth、触摸屏、串/并口等；其次，增强RC200的调试诊断能力，运行过程中的数据可以通过RC1000传输到主机，因此可以和模拟环境中一样观察分析信号；另外，还扩展了系统的逻辑容量：RC1000的FPGA有2.5M系统门，RC200的FPGA有1M系统门，所以整个子系统的逻辑容量为3.5M系统门，可以实现更大设计的原型验证。

并口总线是PC主机和RC200之间唯一的通信渠道。PC主机只能通过并口总线下载RC200配置数据，或者读写RC200上SmartMedia卡中内容。而RC1000配置可通过PCI总线实现，有多种灵活的配置方式。

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