芯片的前端设计人员,在平时的工作中,将各种算法/协议等,用硬件描述语言Verilog HDL实现完成之后,都要投入很长一段时间,进行RTL的功能仿真。
随着芯片的复杂度快速的持续提升,除了设计的复杂度增加之外,验证的难度也变得越来越大。
在这种背景下面,EDA厂商提供的仿真工具,不仅仅门类很多,而且功能也是越来越完善。
今天就经常使用的仿真工具做一些对比和介绍。
芯片设计流程
为了更好的说明验证的重要性,需要先介绍一下,芯片前端设计的基本流程,这样有助于理解在不同的时间,进行不同类型验证的必要性。
芯片前端设计人员的主要工作内容是进行RTL逻辑开发,当算法人员完成算法之后,芯片设计人员是用Verilog HDL完成算法的硬件建模,即所谓的RTL开发。
RTL开发完成之后,进入验证阶段。
现在大部分的芯片设计厂商,验证工作主要分成两个部分,EDA仿真验证和FPGA功能验证。
因为篇幅有限,今天只聊EDA仿真验证。
ncverilog VS. VCS
从工具的角度来看,现在在EDA仿真验证阶段,常用的仿真工具有以下两种:
Ncverilog.这是Cadence的一款Verilog HDL仿真器。VCS.这是Synopsys(EDA界的另一座大山)的Verilog HDL仿真器。随着EDA工具的不断演进,不同产品之间的差异性很小,只要掌握了其中一种,其他公司功能相同的工具,就能够很快上手。
RTL仿真 VS. 门级仿真
第一阶段具体的仿真对象就是在设计阶段得到的RTL代码。需要说明的是,RTL(register transfer level),顾名思义,是用寄存器传输级的描述方式,描述数字电路的数据流。
可以认为RTL是一种中间状态,后面我们会通过其他综合工具(例如:Design Compiler),将RTL映射到某种工艺库(通常我们所说的40nm\7nm工艺等等),生成对应工艺库下的门级网标。
在RTL仿真阶段,数据在传输过程中,是在一种理想状态下,即信号在传输过程中没有延时,并且数字信号从0-1或者1-0的跳变过程,瞬间完成。
但是我们都知道,在实际的电路中,情况并非如此。
在真实的芯片中,延时有线延时以及门延时。为了得到更可靠、更真实的仿真仿真结果,除了对RTL进行仿真之外,我们会在综合完成之后,进行第二阶段的仿真,即对生成的门级网标再次进行仿真。
进行门级仿真主要有两个目的:
保证RTL与门级网标的一致性。在合成过程中,综合工具为了满足约束条件,会进行优化,所以会出现merge和removal的情况。虽然有专门的一致性比对工具,进行门级网标和RTL的对比,但是门级网标仿真同样重要。在门级仿真过程中,会加入延时文件,模拟线延时和门延时,得到更加可靠的仿真结果。两种功能仿真的对比
RTL仿真速度快,但是真实性稍微欠缺。门级仿真速度慢,但是更加接近于芯片真实的工作状态。
两者互相补充,确保仿真的速度和真实性。
小结
仿真验证工作时间在整个芯片周期中,占有非常大的比例。随着芯片复杂度、集成度的不断提升,仿真验证时间还在不断跟着提升,所以仿真验证工作的重要性,就不言而喻了。
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