Charley Selvidge是Mentor,a Siemens Business的首席工程經(jīng)理，待人謙遜有禮，同時深藏敏銳才智和精湛學(xué)識，能夠用通俗易懂的詞語解釋復(fù)雜概念。

正因如此，他在闡述硬件仿真發(fā)展前景時得心應(yīng)手，這也正是他頗為精通的領(lǐng)域。在20世紀(jì)90年代末，Charley在馬薩諸塞州劍橋市的麻省理工學(xué)院(MIT)附近創(chuàng)辦了 Virtual Machine Works公司。據(jù)了解，VMW于1998年被IKOS Systems收購，之后于2002年加入Mentor。

圖：Charley Selvidge

盡管Charley常年變動，甚至貫穿整個美國遷至加利福尼亞州，但期間他從未間斷設(shè)計和完善新型仿真器。最新版的Veloce硬件仿真平臺就是他的杰作，這是一種名為Veloce Strato的數(shù)據(jù)中心友好型仿真平臺。

最近，Charley一直認(rèn)為，硬件仿真器操作系統(tǒng)由仿真器軟件系統(tǒng)的自然演變而來。

為說明這一點，他用計算機系統(tǒng)做類比?！霸谟嬎銠C出現(xiàn)的早期，計算機沒有操作系統(tǒng)。程序員很快發(fā)現(xiàn)，在計算機硬件的低級操作和想要在計算機中運行的高級任務(wù)或程序之間創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)軟件是非常有用的?！狈謱臃椒▽⑻峁┮幌盗幸恢碌姆?wù)，從而更容易地開發(fā)應(yīng)用和程序，無需重新設(shè)置或重復(fù)開發(fā)通用的底層功能、庫，如打開文件或與計算機進(jìn)行的其他交互應(yīng)用。

Charley 對比仿真器并指出：“硬件仿真器包括底部可用于運行數(shù)字芯片硬件執(zhí)行平臺以及可以在仿真器上運行的一系列應(yīng)用型任務(wù)?！边@些任務(wù)通常具有高級目標(biāo)，例如對芯片功耗進(jìn)行特征提取或處理運行于芯片內(nèi)部處理器上的軟件應(yīng)用。不論是哪種情況，整個芯片均需視為任務(wù)的一部分。

他補充道，這些確實是仿真器通常執(zhí)行的高級且復(fù)雜的任務(wù)。操作系統(tǒng)內(nèi)部仿真的一系列中間服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)將高級任務(wù)和與仿真相關(guān)的低級、特定于機器的細(xì)節(jié)隔離開。

因此，Charley確定，操作系統(tǒng)對于仿真器而言是一個新穎的概念。

硬件仿真中的硬件和軟件可擴展性

所有仿真器均基于某種建模元器件，也就是說，是一種可以對芯片建模的設(shè)備。大多數(shù)建模元器件是以少量、中等或大量形式組裝，可以創(chuàng)建不同規(guī)模的系統(tǒng)。在此底層硬件之上是一種軟件編譯系統(tǒng)。仿真編譯器讀取數(shù)據(jù)庫或集成電路模型，并寫入數(shù)據(jù)流以配置仿真器中的建模元器件陣列，以形成芯片映射。

通常情況，使用計算機程序設(shè)計集成電路，這種程序可以執(zhí)行以一種通常稱為硬件描述語言(HDL)的計算機語言編寫的電路描述。最常用的HDL是Verilog SystemVerilog和VHDL。電路描述確定了電路特性。將這些描述合并成一個真實的電路，并編譯成在仿真器上運行的模型。

據(jù)Charley介紹，獲得芯片模型后，設(shè)計師可將其加載到仿真器上，這是由仿真器的OS軟件執(zhí)行的特定于機器的任務(wù)。OS還可以執(zhí)行一些其他任務(wù)，包括運行和停止時鐘、訪問設(shè)計可見性數(shù)據(jù)，或?qū)⒓顟?yīng)用于仿真模型以及收集其響應(yīng)。他還提醒我們注意，功能性設(shè)計驗證任務(wù)包括向設(shè)備中寫入數(shù)據(jù)、從設(shè)備中提取數(shù)據(jù)、判斷設(shè)備是否正確，以及與之交互。

這些基本任務(wù)對于仿真器可以執(zhí)行的最高級作業(yè)而言很普遍。他舉了幾個例子，包括對功耗進(jìn)行特征提取、運行軟件和其他一些活動。這些最高級作業(yè)反過來調(diào)用底層服務(wù)的各種基本單元，以完成執(zhí)行。Charley以提取可見性數(shù)據(jù)以確定功耗為例。這涉及在測試環(huán)境中運行設(shè)計、提取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及向更多軟件提供數(shù)據(jù)以進(jìn)行功耗運算。

擴展軟件復(fù)雜性是擴展的一個方面，也是一個好的示例。如果擁有如下OS會很有幫助：該OS能夠為更復(fù)雜任務(wù)提供一系列以更高級抽象方式（換言之，計算機編程方式）管理的基本功能和服務(wù)。Charley補充說：“設(shè)計師不想使用匯編語言編程。他們不想編寫自己的文件服務(wù)程序。現(xiàn)在，他們只需要編譯器和標(biāo)準(zhǔn)接口來實現(xiàn)功能。

仿真器OS擴展的第二方面是對多種型號的設(shè)備建模。一方面，設(shè)計師可以選擇對小規(guī)模的知識產(chǎn)權(quán)(IP)模塊建模，以適應(yīng)一些小型仿真硬件資源。另一方面，設(shè)計師可以對CPU或大型互聯(lián)網(wǎng)開關(guān)芯片等完整片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計建模。這樣就產(chǎn)生了一系列面向軟件的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)就是開發(fā)用于處理小模型和大模型的軟件兼容性。

他表示：“大型設(shè)計難以管理，但針對多種規(guī)模做出適當(dāng)?shù)臋?quán)衡更具挑戰(zhàn)。一旦解決了軟件挑戰(zhàn)，將有利于在一個標(biāo)準(zhǔn)化的地方存儲解決方案。這個地方就是OS?！?/p>

為可見性等功能提供OS中的服務(wù)，能夠為小型設(shè)計和大型設(shè)計提供適當(dāng)?shù)墓δ苤С?，并且無需設(shè)計師掌握高效擴展的原理。

Charley說：“在以上這些方面中，OS是用于開發(fā)仿真器軟件的一種適當(dāng)?shù)能浖M織策略。”

硬件仿真應(yīng)用程序

這讓Charley對硬件仿真產(chǎn)生了新觀點。與PC或手機一樣，硬件仿真正在進(jìn)入“應(yīng)用程序”世界。硬件仿真通過與消費類電子設(shè)備軟件基本相同的方式，為這些應(yīng)用程序提供服務(wù)。

當(dāng)處理“應(yīng)用程序”等特定于應(yīng)用的問題以及開發(fā)解決這些問題的軟件時，以無需編寫軟件即可完成任務(wù)方式封裝的較低級服務(wù)很有幫助。這些服務(wù)可以由操作系統(tǒng)通過一組應(yīng)用程序編程接口(API)以可訪問的形式提供，API是一種較高級應(yīng)用獲取底層服務(wù)的方法。

通過實施這種軟件組織（指OS和應(yīng)用程序），設(shè)計師可以讓OS軟件平穩(wěn)化，并確定一系列有效且一致的API。這種方法可以高效開發(fā)應(yīng)用程序，無需考慮較低級細(xì)節(jié)，且支持不同版本硬件仿真平臺。

使用OS的另一方面是能夠通過提供具有透明度的適應(yīng)層，將程序等較高級軟件元素與底層硬件中的變化隔離開。設(shè)計師使用這種方法開發(fā)的應(yīng)用程序不會因硬件平臺的發(fā)展而變化，可以保護(hù)原始投資，供將來加以利用。無需重建舊軟件便可在新平臺上工作，因此設(shè)計師可以潛心開發(fā)可在多代平臺運行的新軟件。

他最后總結(jié)道：“像這樣的OS和“應(yīng)用程序”軟件組織方法對于設(shè)計師而言獨特而有利?！苯酉聛恚覀冋圕harley繼續(xù)考慮操作系統(tǒng)，也許就會出現(xiàn)新一代的硬件仿真器。同時，我們之后要考慮的是硬件仿真的未來發(fā)展?jié)摿Α?/p>