Возможности использования виртуальных платформ для верификации RTL-моделей сложно-функциональных блоков в составе «Систем на кристалле» И.И. Шагурин, Е.И. Литвинов, Г.Ю. Жихарев МЭС-2014 VI Всероссийская научно-техническая конференция Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» НИЯУ «МИФИ» 2014

Новые инструменты и подходы к разработке цифровых систем Растущая сложность разрабатываемых систем, многопроцессорные/многоядерные системы Необходимость разработки ПО на ранних этапах Необходимость ускорения моделирования Григорий Жихарев - МИФИ 2 Параллельная разработка

Виртуальные платформы Решаемые задачи Симуляция аппаратной реализации проекта Разработка и отладка ПО (драйвера, ОС, приложения) Содержимое ВП Набор моделей, которые используются для представления различных СФ-блоков системы Комплекс правил для создания новых моделей Поведенческие модели, написанные на высокоуровневых языках (С/С++) Григорий Жихарев - МИФИ 3

Виртуальные платформы Simics (Intel) Device Modeling Language Коммерческая Seamless (Mentor Graphics) Использование симуляторов ModelSim, VCS и интегрированных средств разработки программ, например RealView (ARM) Коммерческая Open Virtual Platforms (Imperas) Технология создания моделей CpuManager, OVPSim Open Source* Григорий Жихарев - МИФИ 4 Данные платформы позволяют моделировать выполнение ПО с использованием RTL-моделей СФ-блоков, входящих в состав СнК

Open Virtual Platforms Совокупность моделей отдельных устройств связанных интерфейсами API Стандартизированные интерфейсы написанные на языке С Полная документация Модульность, иерархичность (моделируется не только процессоры но и шины, модель память и периферия) Библиотека открытых моделей и платформ Набор готовых моделей на языке С Модели процессоров ARM, Synopsys ARC, MIPS, OpenRisk OR1K, Xilinx MicroBlaze, PowerPC Модели периферийных устройств (C, C++, SytemC, TLM-2.0) Примеры платформ для встроенного применения OVPSim симулятор, бесплатный для некоммерческого использования С точностью до инструкций ~ 100 MIPS Моделирования многоядерных/многопроцессорных систем в однотактном режиме Григорий Жихарев - МИФИ 5

OVP API Григорий Жихарев - МИФИ 6 Innovative CPU Manager (ICM) Virtual Machine Interface (VMI) Behavioral Hardware Model (BHM) Peripheral Programming Model (PPM) Imperas предоставляет заголовочные файлы.h и документацию на интерфейсы

OVP API Григорий Жихарев - МИФИ 7 Innovative CPU Manager (ICM) Virtual Machine Interface (VMI) Behavioral Hardware Model (BHM) Peripheral Programming Model (PPM) обеспечивает связь модели процессора, с ведущим компьютером формирует общую модель системы, реализуя взаимосвязь и контроль моделей отдельных устройств служат для подключения к модели системы периферии и других устройств, представленных в виде поведенческих моделей

Симулятор OVP Динамически-подключаемая библиотека (so/dll), которая содержит реализации функций интерфейсов Встроенные инструменты отладки и возможность подключить внешний отладчик, если он поддерживает протокол GNU GDB RSP Возможность использования симулятора внутри других окружений, например SystemC Варианты симулятора: CpuManager - коммерческий симулятор с полным набором функциональных возможностей OVPSim – свободно распространяемый симулятор, имеющий относительно небольшую производительность Григорий Жихарев - МИФИ 8

Применение ВП для верификации аппаратуры Предлагается использование гибридной модели СнК: Комплексная модель, состоящая из поведенческого описания на языках С/С++ и RTL-описания СФ-блока Для создания гибридной модели необходимо: Обработать исходные Си файлы платформы и прикладной программы Скомпилировать файлы RTL-модели и тестового окружения Григорий Жихарев - МИФИ 9

Применение ВП для верификации аппаратуры Григорий Жихарев - МИФИ 10 С/С++ компилируется специальными инструментами для запуска на ВП С/С++ компилируется специальными инструментами для запуска на ВП

Обработка всех исходных Си файлов: платформы и прикладной программы Григорий Жихарев - МИФИ 11 ASRC application.c AOBJ application.o AEXE application.OR1K.elf Получение исполняемого файла прикладной программы Исполняемый файл для конкретной платформы GСС и набор утилит cross compilers Создание динамически- подключаемой библиотеки ВП GCC PSRC platform.c platform_help.c POBJ platform.o platform_help.o PSO platform.so

SSRC – исходные файлы тестового окружения, global_inc.sv – включает все файлы UVM компонент, интерфейсов и т.п., ovp_tb_top.sv – модуль верхнего уровня VSRC – исходные файлы RTL-модели СФ-блока, dut.inc.v – файл включает все исходные RTL- файлы. Инструменты: Questasim, VCS Компиляция файлов RTL-модели и тестового окружения Григорий Жихарев - МИФИ 12 VSRC dut.inc.v SVSRС global_inc.sv ovp_tb_top.sv

Процедуры создания гибридной модели СнК Григорий Жихарев - МИФИ 13 Компиляция файлов RTL-модели и тестового окружения Обработка всех исходных Си файлов: платформы и прикладной программы Запуск моделирования (Questasim, VCS)

Схема тестового окружения Григорий Жихарев - МИФИ 14

Взаимодействие ВП и тестового окружения Тестовое окружение взаимодействует с виртуальной платформой посредством вызовов функций, которые осуществляются с помощью стандартного интерфейса Direct Programming Interface (DPI) языка SystemVerilog. Шаблоны функций, написанные на языке SystemVerilog, входят в состав создаваемого тестового окружения, а реализация этих функций обеспечивается библиотекой, имеющейся в составе используемой виртуальной платформы. Григорий Жихарев - МИФИ 15

Заключение Предложенная методика позволяет: Верифицировать RTL-модель разрабатываемых аппаратных средств СнК Использовать мощные средства, доступные для виртуальных платформ, и современные методологии верификации аппаратуры Запускать и отлаживать программное обеспечение Сократить трудоёмкость и время разработки СнК Использование единого тестового комплекса позволяет избежать применения различных моделей и версий тестового окружения для решения задач тестирования Григорий Жихарев - МИФИ 16