如前文《硬件仿真會不會取代軟件仿真》所述：現階段在芯片規模越發龐大的趨勢下，在綜合考慮容量、人力、周期等等因素下，硬件仿真已經是一種必不可少的驗證手段。順著這個思路往下走，本文將討論一下，目前在市面上以硬件方式為載體的芯片驗證產品。

眾所周知，目前市面上硬件仿真器（Emulator）和原型驗證系統（Prototyping）是數字芯片設計過程中兩種重要的工具，它們在不同階段發揮著關鍵作用；當然，我們也忘不了目前還在市面上大量存在的“前輩”---FPGA開發板。關于這三者的基本概念，目前已經有很多資料可以查詢到，這里不再贅述，我們就對上述產品的特點作一些展開討論：

01 硬件仿真器(Emulator)

硬件仿真器(Emulator)的主要工作方式，是把數字芯片的代碼外加大量的調試邏輯下載并工作，其特點和優勢在于：

● 早期驗證：在進行芯片設計的早期階段，能夠以高效率發現大量的設計bug（平均估計下來約為總問題數的80%），從而節省下很大的時間周期和人力成本

● 上手和靈活性：易用性較強，人工干預少；可以快速建立、迭代及測試不同的設計方案

● 調試功能：提供強大的調試工具和波形查看功能，有助于定位和修復設計中的錯誤

02 原型驗證（Prototyping）

原型驗證（Prototyping），主要是基于硬件的實際原型（如FPGA原型）:即將設計代碼轉為FPGA可以承載并運作的位文件流，在一定的工作頻率下模擬出待測試芯片（或者是一部分模塊）的真實功能狀況。它的主要特點和優勢是：

● 近實時性：提供比純軟件仿真(Simulation)更接近實際環境的驗證，包括實際的時序和電氣特性

● 系統級驗證：能夠和Host主機(Server等)相連，從而驗證整個系統的互通操作性、功能和性能

● 硬件接口驗證：擴展性較強，適合驗證待測設計與外部設備的兼容性和互操作性

03 FPGA開發板（FPGA Development Board）

FPGA開發板（FPGA Development Board）的主要特點和優勢：

● 價格：成本低廉，上手容易；

● 靈活性：體積小巧、移動和攜帶均非常方便，對電源供應無特別嚴格的要求

● 適合對象：特別適合院校學習、小型規模IP和子系統的開發和驗證工作

圖1：三種硬件驗證產品的特性對比圖

在實際應用中，同一家公司通常會結合使用硬件仿真器和原型驗證系統。硬件仿真器可以用于快速驗證設計概念和初步功能，而原型驗證則用于最終確認設計的正確性和性能。但在中大型芯片的開發驗證中，局限于容量的大小，“老前輩”FPGA開發板無法承擔起容納主力芯片邏輯的“扛把子”角色，只能作一些輔助性的方案類驗證工作：舉例說，把帶獨立CPU和一些視頻接口的開發板連接到硬仿或原型系統，作一些特定視頻協議的驗證工作；是一個典型的應用場景。

一個設想：關于”硬件仿真器和原型驗證系統”的有機結合

出于一些歷史遺留原因，我們目前在市面看到的硬件仿真器和原型驗證產品，產品線往往是分開且各自為營的一個市場布局。沒錯，從前文的描述內容看，的確它們的功能是各有特點的,但由此帶來的問題也顯而易見：

需要至少購置/租用一套硬仿系統和一套原型驗證系統(由此帶來場地租用、電力供應等額外費用)

管理維護兩套代碼，以此帶來額外的存儲和傳輸成本

發現問題后的根因回溯、修正及回歸測試的流程延誤

不同團隊的人力資源總開銷（人力成本是商業經營中的很大一部分）

圖2：傳統的數字芯片設計/驗證流程

在考慮“硬件仿真器和原型驗證系統結合”的前置問題上，我們列舉出一些目前二者存在的一些問題痛點：

硬仿系統的租用或購買的成本昂貴、體積龐大

硬仿系統的技術難度和壁壘高，無奈選擇國外EDA公司的高價格方案；每年被迫接受固定不菲的軟件許可費用

原型系統雖然其運行頻率高，但調試手段非常有限；或者要額外購買調試硬件進行連接

原型系統的容量有限，在驗證大芯片邏輯時捉襟見肘；

上述二者作大規模驗證時的系統體積都十分龐大，原型系統的連接復雜費時、且難以移動（比如作車載移動測試時存在局限性）

芯啟源仿真加速和原型驗證二合一硬件系統-MimicPro

縱觀目前的國內市場上，芯啟源在這個問題上作出了大膽的革新，推出的“仿真加速和原型驗證二合一硬件系統-MimicPro",主要具備了以下特點：

? 兼顧硬件仿真器的調試功能及原型系統的運行性能，與主機方便的高速互聯調試通道

? 采用背板式互聯結構，無需人工處理線纜的拔插操作，高效可靠

? 獨有專利的時鐘設計架構，較傳統硬仿產品的工作性能大幅度上升

? 全互聯的設計結構，及全自動的分區軟件，有效提升工作頻率

? 獨特的分布式硬件設計，用戶邏輯可用的資源占用率大幅度上升

? 豐富多樣的調試手段及豐富協議的降速橋方案

? 體積緊湊，移動方便

以上各項特點，是芯啟源的MimicPro產品長期在眾多國內頭部IC設計企業的大設計項目中不斷打磨、有效改進的成果，也是有能力承載國產大芯片項目的技術根本。舉個實例：近期，在客戶處現場安裝的一套MimicPro2-M32系統，2名工程師總共耗時約3小時就完成了。而同樣規模的、電纜式連接的硬件系統，則至少需要好幾天時間才能完成；可靠性不高且易出錯；客戶對于如此高效的Bring-Up速度十分滿意。此外，也常有僅用數周時間就跑通客戶的復雜傳輸協議的案例記錄。