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1、上海交通大学 硕士学位论文 基于SKYEYE和GEMINI创建软硬件协同验证开发环境 姓名：周强 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：郭炜;胡健 20081220 基于 SkyEye 和 Gemini 创建软硬件协同验证开发环境 摘 要 SoC 的设计复杂度日益提升，客观上对芯片验证工作的要求越来越 高。这不仅体现在对设计功能完整性的证明，同时也体现在 TTM（time to marketing）的压力下验证工作需要在限定时间下早日完成。 对于芯片功能的验证，随着电子系统级（ESL）技术的应用发展， 建立事务级设计模型，并将系统应用施加在该模型上，既可以进行应用 软件调试，也能进行设
2、计功能的分析和验证。目前以 SkyEye 为代表的 嵌入式开发平台，运用软件模拟硬件动作的方法进行嵌入式系统的开 发，对芯片的验证技术有一定参考意义。 而在硬件验证加速技术方面， EDA 公司不断的设计出新的验证方法 以期提高验证效率。本文中涉及的 Gemini 硬件加速系统就是其中的一 个代表，它以 Co-Sim 和 ICE 工作模式为代表，以良好的验证加速性能 摆脱了完全基于 HDL simulator 的仿真性能限制。 本课题研究的目标是创建一个全新的软硬件协同验证加速平台，该 平台基于 SkyEye 嵌入式软件开发环境和 Gemini 硬件验证加速系统。 本课题的创新点在于以下 3 个
3、方面： 1:鉴于目前业界还没有将这两个分别运用于SoC的开发系统结合起 来使用，本文分析了这两个系统的特点，并以验证加速和软硬件协同工 作为目标， 找到两者结合使用并发挥更大功能的突破口， 加以设计实现。 2:本文要实现的是创建一个以 SkyEye 的 ISS 为控制器的软硬件协 同验证加速平台。 创建这个平台的目的和优点是:帮助软件更早实现测试 程序在目标对象（硬件设计）进行测试和调试，同时利用 SkyEye 嵌入 式软件测试的方法和 Gemini 平台所提供的硬件验证方法和思路帮助硬 件设计和验证人员更快更准确的进行芯片的功能级 debug。 3:为了使得这个全新的验证系统调试更方便，本文
4、利用 TCP/IP 协 议，实现基于 socket 的 server/client 的跨平台操作，实现应用软件，硬 件加速平台，软件调试系统相对分立，使得整个验证系统架构更清晰， II 更利于不同工作背景的技术人员多方参与。 该课题研究的深远意义是，它将现有的两种不同的测试验证方法结 合起来，建立了软硬件协同加速验证平台，充分利用了各自系统的功能 优势，提高现有的验证效率。这个全新的芯片验证系统为软件和硬件设 计提供了互相帮助的方法，是对现有硬件验证方法学的一次有意义的突 破和尝试。 关键词：软硬件协同，验证加速，跨平台操作 III SETUP THE VERIFICATION ENVIRON
5、MENT FOR HW COWORK WITH SW BASE ON SKYEYE AND GEMINI ABSTRACT As soon as the complex SoC design developments, the loading for the verification becomes higher and higher. And the requirement for verification is also include the high quality for the function and code coverage, which is also need high
6、performance for the duration cost under the pressure of time-to-marketing. For the system level function verification, developing with the ESL, more and more method imply base on that, which setup the system level transaction model, and apply the upper driver on that transaction model, which is do b
7、enefit for software test, and also be benefit for hardware to estimate the performance of hardware structure. As for now, SkyEye is a template for system development environment base on software, which use software core to take place the hardware design, for the purpose to develop software on the em
8、bedded system. And that methodology is very means for verification on system level. As for the hardware verification method, more and more EDA vendor focuses their main energy on verification performance, especial on time cost. The paper noted the tools named Gemini is the present for this field. Ge
9、mini has two common user modes, the one is Co-Sim mode, the other is ICE mode. And the good performance on Gemini could lower the simulation time, but also could help verification engineer to find out the bug issue on the accelerated platform. And this platform own high performance base on using sim
10、ulator alone. The project will create a HW and which primary control flow deal by ISS of SkyEye, and the purpose of the project is provided a SoC verification method, which help softwares test driver apply on hardware design earlier and provide ASIC hardware debug method apply on that more flexible;
11、 finally, this method will use the socket method, which make the test environment and the test driver divided, which could help different test engineer finish their task as their habit, and easy to debug, and more, this method could improve the efficiency of ASIC chip level test, and give higher suc
12、cessful confidence of ASIC tape-out. The meaning of this project is created a new accelerated verification system which hardware Co-Work with software on SoC design, which based on the two absolute systems. The chip verification system could help software and hardware improve each other, and which i
13、s a meaning experiment. KEYWORDS: Software Co-Work with Hardware, Accelerated Verification System，Socket Platform VIII 图片目录 图 1 Gemini 外观图.9 图 2 SkyEye ISS 和 Gemini 协同工作简单设计框图.12 图 3 软硬件协同工作层次划分框图15 图 4 硬件模块接口17 图 5 软硬件握手协议流程20 图 6 基于 Socket 的 SkyEye+Gemini 协同验证结构设计框图 22 图 7 基于仿真器的验证平台结构图28 图 8 基于 C
14、-API+Gemini 的验证平台结构图 .30 图 9 Gemini 的项目 Setup Flow31 图 10 C-API 程序编程流程错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 11 Gemini 设定 Event 条件.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 12 通过 Verdi 观察 Trigger 及其它信息.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 13 改进性能前后的模块接口对比.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 14 改进前后握手协议流程对比错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 15 SkyEye+Gemini Socket 验证流程框图 .错误！未定义书签。错
15、误！未定义书签。 图 16 SkyEye+Gemini Socket: 启动服务器端 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 17 SkyEye+Gemini Socket: 启动客户端 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 18 SkyEye+Gemini Socket: 服务器端收到客户端信息 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 19 SkyEye+Gemini Socket: 服务器执行客户端指令 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 20 SkyEye+Gemini Socket: 服务器结束当前指令等待结束或继续错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 21
16、SkyEye+Gemini Socket: 客户端启动 DEBUG 功能错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 22 SkyEye+Gemini Socket: 使用 Insight 打开 DEBUG 功能错误！未定义书签。错误！未定义书签。 图 23 SkyEye+Gemini Socket: 使用 Insight 打开 Trace 测试代码错误！未定义书签。错误！未定义书签。 IX 表格目录 表 1 硬件接口模块的定义17 表 2 平台功能实现计划24 表 3 C-API 编程指导26 表 4 初步读写结果记录.35 表 5 改进性能后读写结果记录41 表 6 性能改进前后结果对比42 表 7 传统方法和该系统平台的功能对比.44 1 1 引言 1.1 论文选题的背景 SoC 的设计现在变得越来越复杂，同时由于成本的要求越来越需要在一颗芯片 上完成更多的功能，然而功能复杂度的不断提升对芯片的验证工作的要求却陡然提 升。这种要求不仅体现在对设计功能完整性的证明，同时也体现在 TTM（time to marketing）的压力下需要在限定时间下完成。否则即使芯片 tape-o
