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　　隨著微電子產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展，IC設(shè)計(jì)的規(guī)模越來(lái)越大，集成度越來(lái)越高，已經(jīng)足以將一套完整的系統(tǒng)集成到一塊小小的芯片中。在這種形勢(shì)下，SoC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著IP核復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn)，SoC芯片的設(shè)計(jì)已經(jīng)不再是很大的難題，SoC芯片的驗(yàn)證已逐漸取代芯片設(shè)計(jì)成為芯片開發(fā)階段的瓶頸?，F(xiàn)階段SoC芯片設(shè)計(jì)的正確性要經(jīng)過(guò)前仿真、后仿真以及FPGA驗(yàn)證來(lái)保證。前仿真包括單元驗(yàn)證、集成驗(yàn)證和系統(tǒng)驗(yàn)證，后仿真包括帶反標(biāo)時(shí)序SDF的網(wǎng)表仿真，其中系統(tǒng)驗(yàn)證和后仿真都需要關(guān)注SoC芯片的全局功能，這就涉及SoC的軟件仿真和硬件仿真的協(xié)同問(wèn)題。本文以DSM模型替代ARM核，以VMM驗(yàn)證方法學(xué)和VCS仿真器為基礎(chǔ)，搭建一個(gè)可重用性高、調(diào)試和定位問(wèn)題方便、仿真真實(shí)性高、軟件和硬件能夠很好配合的協(xié)同驗(yàn)證平臺(tái)。

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　　軟硬件協(xié)同仿真架構(gòu)如圖1所示，協(xié)同驗(yàn)證分軟件驗(yàn)證環(huán)境和硬件驗(yàn)證環(huán)境兩部分。軟件代碼通常由C/C++和匯編語(yǔ)言混合編寫而成，然后由軟件編譯器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式，最后將該二進(jìn)制文件加載到SoC芯片的存儲(chǔ)器中去，芯片boot啟動(dòng)時(shí)由ARM核調(diào)用軟件代碼并執(zhí)行;硬件環(huán)境基于VMM驗(yàn)證方法學(xué)進(jìn)行搭建，下文中會(huì)有詳細(xì)介紹。協(xié)同仿真就是通過(guò)事件和命令，使用一些機(jī)制，在這兩個(gè)環(huán)境間進(jìn)行控制。

　　2 DSM模型的使用

　　SoC芯片的CPU一般選用ARM，協(xié)同驗(yàn)證平臺(tái)中ARM可以用seamless CVE模型替代，或者直接選用ARM網(wǎng)表。采用seamless CVE模型進(jìn)行仿真，雖然速度比較快，但需要替換設(shè)計(jì)中的Memory模型，且必須使用CVE自己的模型，這樣與芯片真實(shí)情況有出入;采用ARM網(wǎng)表進(jìn)行仿真，速度比較慢，調(diào)試也不方便，但是更接近實(shí)際情況。相比于這兩者，本文采用的DSM(Design Simulation Model)模型由ARM公司提供，能完全模擬ARM的接口和時(shí)序行為，具有更高的真實(shí)性，而且DSM無(wú)需更換存儲(chǔ)器模型和外掛仿真工具，使驗(yàn)證DUT與實(shí)際芯片完全一致，即不必為了滿足仿真需求修改部分RTL代碼。此外，DSM環(huán)境仿真過(guò)程中輸出的LOG文件log.eis真實(shí)記錄每個(gè)周期執(zhí)行的CPU代碼和操作。根據(jù)該文件能快速定位軟件問(wèn)題。CVE環(huán)境通過(guò)調(diào)用XRAY軟件調(diào)試工具，雖然可以進(jìn)行單步調(diào)試、沒(méi)置斷點(diǎn)等操作，但出現(xiàn)軟件問(wèn)題時(shí)定位沒(méi)有DSM環(huán)境那么直觀、方便。

　　DSM是ARM公司提供的設(shè)計(jì)仿真模型，該模型直接從ARM公司的RTL代碼經(jīng)過(guò)加密處理轉(zhuǎn)化而來(lái)，具有同真實(shí)RTL代碼完全一致的功能和特性。在時(shí)序仿真過(guò)程中，還能直接對(duì)該模型反標(biāo)時(shí)序。在仿真過(guò)程中，將模型WRAPPER——也就是模型的最頂層——例化到RTL代碼中，仿真器在仿真過(guò)程中觸發(fā)WRAPPER，請(qǐng)求Model Manager動(dòng)態(tài)調(diào)用模型庫(kù)進(jìn)行仿真。Model Manager響應(yīng)請(qǐng)求動(dòng)態(tài)調(diào)用模型庫(kù)文件，達(dá)到功能仿真的目的。由此可以看出，Model Manager在仿真過(guò)程中充當(dāng)中介角色，將模型和仿真器動(dòng)態(tài)連接在一起。DSM模型的工作原理如圖2所示。

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　　3 軟件仿真

　　ARM匯編器工具ARMASM、ARM的C/C++編譯工具ARMCC和ARMCPP，以及ARM的鏈接工具ARMLINK，利用ARM工具對(duì)軟件代碼進(jìn)行編譯鏈接生成的文件格式為ELF格式(Executable Link File)，原始代碼在文件中的位置通過(guò)SCATTER文件指定，ARM提供了fromelf工具，該工具將ELF格式的文件根據(jù)運(yùn)行時(shí)域轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制文件，以便在仿真起始階段將代碼放到指定的Memory中。在makefile中將ELF格式轉(zhuǎn)化為BIN文件的具體實(shí)例如下：

　　Fromelf-bin output./softWare.elf

　　上述語(yǔ)句表示將software.elf文件轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制文件放到當(dāng)前目錄。

　　在軟硬件協(xié)同仿真的初始階段，需要將生成的二進(jìn)制文件導(dǎo)入相應(yīng)的存儲(chǔ)器中，這通過(guò)Verilog提供的系統(tǒng)函數(shù)fread實(shí)現(xiàn)。下面是一個(gè)將二進(jìn)制文件導(dǎo)入存儲(chǔ)器的實(shí)例，先通過(guò)$fopen函數(shù)讀出文件地址，然后通過(guò)$fread函數(shù)將指定地址的文件數(shù)據(jù)傳給變量inst_fik_word，最后將變量inst_file_world中的值傳給存儲(chǔ)器中的相應(yīng)地址單元。在DSM仿真中都需要一個(gè)這樣的“橋梁”文件，將軟件和邏輯鏈接起來(lái)。

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　　軟硬件協(xié)同仿真的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，系統(tǒng)BOOT起來(lái)后直接跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)進(jìn)行單進(jìn)程任務(wù)，如果出現(xiàn)中斷異常，則boot代碼中根據(jù)中斷向量表地址跳轉(zhuǎn)到中斷處理函數(shù)。中斷處理函數(shù)中包含對(duì)各中斷的處理，main()函數(shù)中調(diào)用各個(gè)模塊的TC(Test Case)函數(shù)，TC調(diào)用底層的驅(qū)動(dòng)代碼。驅(qū)動(dòng)代碼的編寫則基于各個(gè)模塊的寄存器定義文件和全局變量。該軟件結(jié)構(gòu)清晰可控，便于各測(cè)試用例TC的并行提交和管理。

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