為什么說OS是硬件仿真器的樞紐？

十多年來，筆者總是習(xí)慣每隔三年就進(jìn)行一次筆記本電腦升級，原因有很多。筆者經(jīng)常帶著筆記本電腦出國出差，在經(jīng)過三年的高強(qiáng)度使用后，筆記本電腦因日常損耗 而愈發(fā)顯得“力不從心”。新一代硬件除運行速度更快、能耗更低、重量也更輕。此外，新一代的顯示器分辨率更高，而分辨率也是筆者對筆記本電腦功能的首要要 求。

支持升級的必要標(biāo)準(zhǔn)是：不論底層硬件如何，筆者平時搜集到的應(yīng)用程序軟件套件必須能正常運行。操作系統(tǒng) (OS) 使之成為了可能。OS 具有嵌入式驅(qū)動程序，可保護(hù)應(yīng)用程序軟件免受硬件干擾，確保新舊軟件應(yīng)用程序與新舊硬件平臺的兼容性良好。

硬件仿真器是一種特殊用途的專用計算引擎，可用于執(zhí)行特殊設(shè)計的各種不同類型的任務(wù)，即數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計驗證。配備專用的 OS 后，硬件仿真器無需考慮時序行為，便可對設(shè)計的功能進(jìn)行驗證。而且驗證速度要比任何 HDL軟件仿真器快 100,000 至 1,000,000 倍。

由于硬件仿真器應(yīng)用在芯片封裝測試之前，可提供您能夠想到的任何測試環(huán)境，因此在部署上具有通用性。這些測試環(huán)境包括：原型目標(biāo)系統(tǒng)、等效虛擬目標(biāo)系統(tǒng)、各 種復(fù)雜程度的測試平臺、嵌入式軟件及上述任意組合。部分商用硬件仿真器可讓軟件開發(fā)人員在離線時進(jìn)行軟件調(diào)試。這與硬件工程師在離線時使用硬件仿真器生成 的波形來進(jìn)行硬件調(diào)試的方法類似。硬件仿真器支持?jǐn)嘌?、監(jiān)控和檢查，能夠追蹤功能覆蓋范圍以及執(zhí)行低功耗分析與功率預(yù)估。硬件仿真器是軟件調(diào)試、安全檢 查、硬/軟件錯誤恢復(fù)以及 IP 與內(nèi)存集成/驗證的理想媒介，甚至還可實現(xiàn)性能特征和系統(tǒng)壓力測試仿真任務(wù)。

相較于之前的硬件仿真器，如今的硬件仿真器在多個方面都有了改進(jìn)。典型例子為：多個并發(fā)用戶間要共享的功能，不論是硬件設(shè)計師與驗證工程師之間，還是固件工 程師或軟件開發(fā)人員之間。在集成遠(yuǎn)程訪問功能后，只要存在 SoC 設(shè)計團(tuán)隊，就可以使用硬件仿真器的原始功能和通用性部署。顯然，在投資回報率 (ROI) 分析中這一點很重要。參見圖 1。

然而，硬件系統(tǒng)的固有特性會對硬件仿真器產(chǎn)生影響。安裝和測試一個硬件仿真平臺可能需要數(shù)天時間，而安裝和測試一個軟件應(yīng)用程序通常只需幾分鐘，這簡直是天 壤之別。重大升級與重新配置亦是如此耗時。對于大型公司而言，有時可能會選擇將硬件仿真器遷至其他地點或其他洲。這會導(dǎo)致超長的停機(jī)時間，少則數(shù)周，多則 數(shù)月。

與基于軟件的驗證工具不同，硬件仿真器需要定期維護(hù)(如為預(yù)防性維護(hù))，比如系統(tǒng)軟件升級、小硬件更換和重新配置。糾正時可能會引起意外停機(jī)，比如硬件故障、A/C 異常和電源斷電。

理想情況下，硬件仿真器的 OS 應(yīng)考慮所有這些因素，以增強(qiáng)方便性、提高簡便性以及增加投資回報。

從 底層硬件開始，OS 會保護(hù)任何版本的硬件仿真器(包括硬件仿真器的后續(xù)版本)免受應(yīng)用程序軟件的干擾。如協(xié)同建模、基于事務(wù)的驗證、功能覆蓋率和功耗分析等應(yīng)用程序以及任何 其他將要開發(fā)的應(yīng)用程序(不論是針對硬件驗證、軟件測試還是系統(tǒng)驗證)都可在任何硬件仿真器的后續(xù)版本上運行。參見圖 2。

除此之外，OS 可使企業(yè)建立一個整合了各代硬件仿真平臺的仿真數(shù)據(jù)中心，以確保投資回報的最大化。

在 多用戶環(huán)境中，OS 可自動高效地管理硬件仿真器資源，并將其與當(dāng)前 IT 負(fù)載管理解決方案進(jìn)行結(jié)合。多個并行任務(wù)根據(jù)用戶的優(yōu)先級和資源可用性進(jìn)行排隊，不會出現(xiàn)因獨特硬件結(jié)構(gòu)而引起的故障。任務(wù)自動中止(例如由協(xié)同建模資源 或 I/O 目標(biāo)的臨時不可用而導(dǎo)致的中止)和重新恢復(fù)確保了高效性。

硬件仿真器資源中的任務(wù)自動重定位旨在針對更大的能力需求對新任務(wù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而增加平臺的利用率。儀表板會以圖表形式報告各項任務(wù)的排隊狀態(tài)。

同樣重要的是，軟件升級、硬件重新配置和所有安排在預(yù)防性維護(hù)中的操作都經(jīng)過了簡化，縮短了硬件仿真器的停機(jī)時間。由于 OS 會自動、透明地管理所有操作，因此用戶無需重新培訓(xùn)，工作流程和腳本也不需要重新寫入。

此外，機(jī)器數(shù)據(jù)會得到收集，用以提供分析和圖表形式的歷史和地域使用統(tǒng)計。

這些功能和優(yōu)勢會最大化投資回報，使得先進(jìn) OS 的開發(fā)成為硬件仿真中的必備流程。

此類 OS 以 Veloce OS3 為例，這是一款全新的操作系統(tǒng)，支持 Mentor Graphics 公司的Veloce 仿真平臺。

正如筆者每隔三年要升級一次筆記本電腦，筆記本電腦的 OS 好比是硬件仿真器的 OS，必須能支持所有版本的應(yīng)用程序軟件。