為什么說(shuō)OS是硬件仿真器的樞紐？

十多年來(lái)，筆者總是習(xí)慣每隔三年就進(jìn)行一次筆記本電腦升級(jí)，原因有很多。筆者經(jīng)常帶著筆記本電腦出國(guó)出差，在經(jīng)過(guò)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(yùn)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(duì)筆記本電腦功能的首要要 求。

支持升級(jí)的必要標(biāo)準(zhǔn)是：不論底層硬件如何，筆者平時(shí)搜集到的應(yīng)用程序軟件套件必須能正常運(yùn)行。操作系統(tǒng) (OS) 使之成為了可能。OS 具有嵌入式驅(qū)動(dòng)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(tái)的兼容性良好。

硬件仿真器是一種特殊用途的專用計(jì)算引擎，可用于執(zhí)行特殊設(shè)計(jì)的各種不同類型的任務(wù)，即數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。配備專用的 OS 后，硬件仿真器無(wú)需考慮時(shí)序行為，便可對(duì)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行驗(yàn)證。而且驗(yàn)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(cè)試之前，可提供您能夠想到的任何測(cè)試環(huán)境，因此在部署上具有通用性。這些測(cè)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(cè)試平臺(tái)、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(kāi)發(fā)人員在離線時(shí)進(jìn)行軟件調(diào)試。這與硬件工程師在離線時(shí)使用硬件仿真器生成 的波形來(lái)進(jìn)行硬件調(diào)試的方法類似。硬件仿真器支持?jǐn)嘌浴⒈O(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(cuò)誤恢復(fù)以及 IP 與內(nèi)存集成/驗(yàn)證的理想媒介，甚至還可實(shí)現(xiàn)性能特征和系統(tǒng)壓力測(cè)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(gè)方面都有了改進(jìn)。典型例子為：多個(gè)并發(fā)用戶間要共享的功能，不論是硬件設(shè)計(jì)師與驗(yàn)證工程師之間，還是固件工 程師或軟件開(kāi)發(fā)人員之間。在集成遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能后，只要存在 SoC 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，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(bào)率 (ROI) 分析中這一點(diǎn)很重要。參見(jiàn)圖 1。

然而，硬件系統(tǒng)的固有特性會(huì)對(duì)硬件仿真器產(chǎn)生影響。安裝和測(cè)試一個(gè)硬件仿真平臺(tái)可能需要數(shù)天時(shí)間，而安裝和測(cè)試一個(gè)軟件應(yīng)用程序通常只需幾分鐘，這簡(jiǎn)直是天 壤之別。重大升級(jí)與重新配置亦是如此耗時(shí)。對(duì)于大型公司而言，有時(shí)可能會(huì)選擇將硬件仿真器遷至其他地點(diǎn)或其他洲。這會(huì)導(dǎo)致超長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間，少則數(shù)周，多則 數(shù)月。

與基于軟件的驗(yàn)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(jí)、小硬件更換和重新配置。糾正時(shí)可能會(huì)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(jiǎn)便性以及增加投資回報(bào)。

從 底層硬件開(kāi)始，OS 會(huì)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(yàn)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(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序(不論是針對(duì)硬件驗(yàn)證、軟件測(cè)試還是系統(tǒng)驗(yàn)證)都可在任何硬件仿真器的后續(xù)版本上運(yùn)行。參見(jiàn)圖 2。

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

在 多用戶環(huán)境中，OS 可自動(dòng)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(gè)并行任務(wù)根據(jù)用戶的優(yōu)先級(jí)和資源可用性進(jìn)行排隊(duì)，不會(huì)出現(xiàn)因獨(dú)特硬件結(jié)構(gòu)而引起的故障。任務(wù)自動(dòng)中止(例如由協(xié)同建模資源 或 I/O 目標(biāo)的臨時(shí)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(dòng)重定位旨在針對(duì)更大的能力需求對(duì)新任務(wù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而增加平臺(tái)的利用率。儀表板會(huì)以圖表形式報(bào)告各項(xiàng)任務(wù)的排隊(duì)狀態(tài)。

同樣重要的是，軟件升級(jí)、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(guò)了簡(jiǎn)化，縮短了硬件仿真器的停機(jī)時(shí)間。由于 OS 會(huì)自動(dòng)、透明地管理所有操作，因此用戶無(wú)需重新培訓(xùn)，工作流程和腳本也不需要重新寫(xiě)入。

此外，機(jī)器數(shù)據(jù)會(huì)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(jì)。

這些功能和優(yōu)勢(shì)會(huì)最大化投資回報(bào)，使得先進(jìn) OS 的開(kāi)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(tái)。

正如筆者每隔三年要升級(jí)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。