硬件仿真平臺技術一般性研究

【摘要】本文將介紹硬件仿真平臺技術的原理和架構，及其在集成電路測試中的作用。

【關鍵詞】仿真平臺；集成電路；系統

1.硬件仿真平臺原理

進入21世紀，隨著半導體工藝技術的發展，片上系統（System-on-Chip，SoC）已成為集成電路的主要形式。SoC是指將模擬集成電路、數字集成電路以及兩者的混合信號電路在單一硅單晶片上集成起來，并嵌入IP核、DSP、CPU、存儲器等器件單元，構成一個能執行特定功能的電路系統。SoC是基于ASIC技術發展起來的一種新型集成電路形式，但與一般的ASIC不同，SoC不再是功能單一的集成電路，而是成為功能作用多樣性完備的的系統芯片。現代的半導體工藝技術，能將單個計算機系統全部功能集成在SoC單個芯片上，去執行特定目的和用途的系統功能，因此，如何利用SoC去實現特定用途的系統功能，是學術界和工業界一個研究的熱點。

SoC使用復雜的設計架構實現了完整的嵌入式系統功能。從圖1中可以看出：

（1）SoC一般以總線為基本架構；

（2）SoC通常以MPU/MCU/DSP為內部處理核心；

（3）SoC的軟件部分一般儲存于非揮發存儲器中；

（4）SoC是數/模混合信號集成電路系統；

（5）SoC采用軟件和硬件協同設計方式。

SoC具備一定的硬件功能，并且與軟件協同開發，正在成為嵌入式系統設計的主流技術。它擁有功耗低、體積小、集成度高、設計周期短等優點，在電子行業得到越來越廣泛的應用。它的出現改變了傳統電子系統的開發流程和方法，極大的提高了工作效率。

SoC采用軟硬件協同設計方法，它兼顧自頂向下和自底向上相結合的設計思路。其具體流程如圖2所示：

它首先完成系統需求描述，將其細化為系統行為描述和結構描述，通過相關的仿真驗證后，進行軟硬件結構的劃分，把各功能模塊分配，確定其通過軟件部分或硬件部分來實現，再對各個功能模塊加以細化、綜合、模擬，直至生成虛擬系統原型。在整個細化模擬過程中，應多次進行軟硬件的協同仿真，保證及時發現細化中的錯誤并加以修正。

2.硬件仿真平臺架構

SoC仿真平臺硬件架構必須包含有以下幾部分結構：

（1）USB接口電路單元：負責軟件程序數據交換；

（2）FPGA硬件輸入輸出單元：與外圍待仿真硬件電路連接；

（3）系統控制單元MCU；

（4）數據緩存結構FIFO。

仿真平臺的硬件架構如圖3所示。

仿真平臺架構示意圖中，系統控制與接口部分是整個硬件平臺的主要單元，不僅接收計算機軟件部分發送出的數據信息，而且要將該信息傳送至待仿真外部SoC，并要將仿真數據結果采集并反饋回計算機軟件程序部分。在仿真過程中，由MCU來控制仿真平臺的運行時序和相關的數據信息、地址信息以及控制信息的分辨，由FPGA保證與外部待測SoC數據通路連接的正確性。

3.硬件仿真平臺實現

我們以8位加法器源代碼和MVP軟件生成的對應硬件源代碼文件作為設計源文件。首先建立待仿真的項目工程，進行基本的參數設置，然后為設計文件編寫testbench作為整個模塊的的頂層文件（如圖4所示），再進行編譯。其次，當編譯通過后，調用提供的VPI.dll進行軟硬件的聯合仿真，以驗證仿真平臺中硬件架構的正確性。

從圖5可以看出，error信號為純軟件仿真和協同硬件平臺比對的結果。假如兩者結果不相等則error為高，表明仿真結果出現錯誤。從返回結果可知error信號一直為低，表明本協同驗證系統設計是正確的。將系統的硬件與軟件全部設計完成后，通過對系統整體的測試，明確了系統可以適應的工作范圍。

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