一种基于FPGA的软硬件协同仿真验证系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于ＦＰＧＡ的软硬件协同仿真验证系统及方法。该系统包括网络测试仪、设置于用户ＰＣ端中的软件系统部分和对集成电路芯片进行模拟的硬件系统部分，软件系统部分包括网络测试仪的控制平台和嵌入式系统接口模块，硬件系统部分包括ＣＰＵ接口模块、ＦＰＧＡ内的接口转换逻辑模块、ＦＰＧＡ内实现的虚拟待测试芯片和网络接口模块，网络接口模块可实现接口转换逻辑模块和网络测试仪的控制平台之间的数据交互。该方法是基于上述系统形成。本发明专利技术可进行高速仿真，可大大节省验证时间，且可实现全芯片全功能验证，并可支持多种类型芯片验证，同时，本发明专利技术还具有良好的物理可扩展性，并采用了良好调试工具，可进一步提高仿真验证效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成电路(IC)芯片的仿真验证系统及方法，尤其涉及一 种基于FPGA的软硬件协同仿真验证系统及方法。
技术介绍
随着大规模集成电路技术和网络通信的高速发展，以太网交换芯片在网络 通信中得到了广泛的应用，并且由于其应用环境越来越广泛和复杂，也使得以 太网交换芯片所包含的功能越来越复杂，容量越来越大，芯片的仿真难度也在 曰益快速增长。因此，如何加快以太网交换芯片的开发速度，缩短验证的周期 就成为目前我们面临的重要课题。现有的集成电路(1C)芯片仿真验证领域中，主要采用两种方式进行芯片仿真/验证 一种是软件模拟仿真方式，另一种是基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的硬件模拟器仿真方式。大量实验表明，在进行集成电路(IC)设计 过程中，存在需要使用超过百万个时钟周期来充分测试和验证芯片系统功能的 情况。如果利用现有技术提供的软件模拟仿真方式，芯片的测试验证性能将下 降至l-5HZ，这必将导致测试时间以及出错概率的急剧增长。如果使用软件加硬 件加速器仿真方式，虽然硬件仿真器运行非常快，但因为还会有大量模拟计算 或是激励产生需要由软件完成，所以整个仿真系统速度的提高有限，通常在数 倍至数十倍之间。然而，如果使用基于FPGA硬件仿真器来进行仿真方式进行 验证，虽然可以实现MHz级别的高速仿真，也可以同吋支持软件的实时运行， 但是，它却有着一些明显缺陷，例如，缺乏与友好的人机交互界面和输入输出 系统，不方便仿真激励的输入和响应的收集，只能支持RTL级的描述，不能对 高层次的行为描述模块进行仿真；同时FPGA内部的引脚信号与寄存器的值不 能夷接观察，对调试工作带来了很大的不便。尽管如此，利用FPGA硬件仿真 器的高速性能，仍是提高验证效率的冇效措施，因此，如何采用新的方法改善其缺点就成了当前芯片验证仿真领域面临的主要问题。正是在这种背景下，基 于FPGA的软硬件协同仿真的概念被提出。该基于FPGA的软硬件协同仿真系统的主要设计构思是将功能复杂，需 要大量计算的硬件设计模块下载到FPGA硬件平台中进行测试和验证，同时将 设计的其他模块部分以及测试激励信号产生模块和响应结果分析模块设置在PC 或工作站中，从而实现了软、硬件两部分设计同时进行。这样不仅可以利用FPGA 硬件平台的高速性能来加速模块的仿真，而且同时由于与PC或工作站上的软件 仿真器结合工作，还克服了硬件平台没有良好人机交互界面、无法方便快捷地 观测激励和响应等缺点，大大提高了仿真效率，縮短了设计、验证时间以及产 品投放市场的周期。该基于FPGA的软硬件协同仿真系统的主要工作流程如下激励输入过程首先在软件部分(PC或工作站上)生成测试向量，将这些测试向量通过一定的转换后由连接软、硬件的底层物理通道传送到硬件部分的FPGA仿真器的消息接收模块上，最后收发模块将收到的信息进行分析和恢复 后，按照一定的时序将激励输入到对应的待测设计芯片(DUT)的输入端口上， 供DUT运行使用；响应处理过程在激励输入后，DUT开始正常工作，其输出端口输出响应 信号，硬件部分的消息收发模块接收这些消息后，进行一定的格式转换后输出 给软件部分。现有的基于FPGA的软硬件协同仿真方法，没有专门的以太网接口，如果 需要连接以太网设备，则需要另外增加转换器，而且测试激励信号和结果分析 也要用户大量的参与其中。不可避免地降低了仿真效率。
技术实现思路
针对以上现在仿真系统的不足，本专利技术的目的是提出了一种改进的并且可 以扩展的软硬件协同仿真验证系统及方法，提高了仿真的效率，缩短了产品研 发周期。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种基于FPGA的软硬件协同仿真验证系统，包括包括网络测试仪、设置 于用户PC端中的软件系统部分和对集成电路芯片进行模拟的硬件系统部分，软件系统部分包括网络测试仪的控制平台以及嵌入式系统接口模块，硬件系统部分包括CPU接口模块、FPGA内的接口转换逻辑模块以及FPGA内实现的虚拟 待测试芯片，其特征在于，所述硬件系统还包括网络接口模块，该网络接口模 块可实现接口转换逻辑模块和网络测试仪的控制平台之间的数据交互。具体而言，所述软件系统部分中还设置ShowForwarding (流程虚拟仿真) 工具，该工具可直接提取虚拟待测试芯片仿真结果，并与计算机软件仿真结果 进行比较，进而快速定位设计与实现的不匹配之处。所述网络接口模块上设置至少24个以太网接口。所述网络接口模块还与至少一扩展板连接，该扩展板上设置48个以上的以 太网接口。所述硬件系统设置于印刷电路板上，所述印刷电路板为三个以上，其彼此 堆迭设置，且各印刷电路板上均设置至少24个以太网接口 。所述硬件系统中还设置FPGA调试工具，该FPGA调试工具可提取仿真系 统中FPGA逻辑运行数据，从而定位问题。一种基于FPGA的软硬件协同仿真验证方法，其特征在于，该方法为由网络测试仪的控制平台控制网络测试仪产生测试激励信号，该控制平台 设置于用户PC端或工作站内；硬件系统部分中的网络接口模块接收测试激励信号，并转交FPGA内部的接口转换逻辑模块转换为与虚拟芯片工作频率相应的数据信号；虚拟待测试芯片接收数据信号并进行仿真运算，运算结果经接口转换逻辑 模块转换后，再经网络接口模块发送给网络测试仪的控制平台，由网络测试仪 和/或用户PC端或工作站进行结果分析；根据分析结果，软件系统部分决定下一步的测试目标，并重复上述歩骤， 至完成整个待测试芯片的仿真验证。 该方法具体为在网络测试仪的控制平台上按照测试要求定义测试激励信号格式，编写脚 本语言，控制网络测试仪产生相应的测试激励信号。测试激励信号通过网络测 试仪的接口发送给硬件系统部分的网络接口模块；网络接口模块接收到网络测试仪发送的测试激励信号后，将数据发送给 FPGA， FPGA内的接口转换逻辑模块接收该数据，进行相应的速率匹配，最后将 数据发送给FPGA内的虚拟待测试芯片，待测试芯片进行相应的仿真运算，并把6最终的结果再通过接口转换逻辑模块和网络接口模块返回给网络测试仪，进行 分析测试；网络测试仪中的结果分析软件对分析测试结果进行分析，PC或工作站上的软件系统部分提取网络测试仪的分析结果，进行同步和更进一步的分析，根据最终分析结果，软件系统部分决定下一步的测试目标；重复上述步骤，直至完成整个待测试芯片的仿真验证。 本专利技术可取得如下有益效果一、 高速仿真，节省验证时间。该系统的仿真模块是基于FPGA的全硬件 环境，待测芯片的所有功能和性能测试都能以FPGA的速度进行仿真，大型的 回归测试也可以在短时间内完成，大大縮减了验证的时间。二、 全芯片全功能验证。该系统不仅可以仿真待测芯片的全部功能逻辑， 更可以与网络测试仪和其他网络设备进行直接对接，把整个系统当作实际的芯 片连接到目标应用系统中，在真实的应用环境中验证芯片功能，从而也实现了 软件调试与芯片验证的同步，大大縮短后期系统开发的时间。三、 支持多种类型芯片验证。该系统虽然对网络交换芯片的仿真做了优化 设计，但通过对硬件系统FPGA编写不同的接口转换(Shim)逻辑，可以实现 相应的功能转换，配合软件部分的结果分析模块可以实现对其他类型芯片的高 速仿真。四、 良好的物理可扩展性。单板可以提供24个10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＦＰＧＡ的软硬件协同仿真验证系统，包括网络测试仪、设置于用户ＰＣ端中的软件系统部分和对集成电路芯片进行模拟的硬件系统部分，软件系统部分包括网络测试仪的控制平台以及嵌入式系统接口模块，硬件系统部分包括ＣＰＵ接口模块、ＦＰＧＡ内的接口转换逻辑模块以及ＦＰＧＡ内实现的虚拟待测试芯片，其特征在于，所述硬件系统还包括网络接口模块，该网络接口模块可实现接口转换逻辑模块和网络测试仪的控制平台之间的数据交互。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾复山，孙剑勇，郑晓阳，徐昌发，许俊，洪苗，夏杰，
申请(专利权)人：盛科网络苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]