浅谈ICE ICE与虚拟设备对比

硬件仿真是唯一一个可以部署在多个操作模式中的验证工具。事实上，它可应用于四个主要模式中，而且模式间的结合使用可以增加灵活性。基于以下两个特征对硬件仿真的应用模式进行分类：对映射到硬件仿真器中被测设计（DUT）的激励类型，以及DUT的响应过程。具体包括：

1.内电路硬件仿真（ICE）模式： 使用物理目标设备，通过频率适配器来驱动硬件仿真器中的DUT。

2. 基于事务的硬件仿真或加速模式： 使用虚拟目标设备，通过验证IP来驱动硬件仿真器中的DUT。

3. 软件仿真测试平台加速模式：通过程序语言界面（PLI）驱动硬件仿真器中DUT的寄存器传输级（RTL）测试平台。

4. 嵌入式软件加速模式：在硬件仿真器中的DUT处理器上执行软件代码。

将几种模式组合起来似乎是很有道理的，例如同时处理嵌入式软件及通过验证IP驱动DUT的虚拟测试平台。

ICE

纵观以往，ICE模式是最早提出的一种架构，这也是三十年前开始设计硬件仿真的原因。在ICE模式中，DUT映射到硬件仿真器内部，而硬件仿真器连接到由真实芯片组成的目标系统。

ICE具有两大关键优势。第一，目标系统可在DUT内外生成真实流量，从而在本质上取代了基于软件的传统测试平台。因此，无需创建测试平台，即可消除耗时又容易出错的工作，减轻验证工程团队因超负荷测试庞大设计所带来的负担。

第二，能够以硬件仿真器的最大速度运行，较传统的硬件描述语言（HDL）软件仿真器而言，其速度提升了5~6个数量级。也就是兆赫与几十赫兹之间的差别。而现如今，其可能不再那么精确了。

ICE模式存在诸多问题，有些已清楚明了，有些却还尚未明确。首先，无法直连目标系统，因为相较于硬件仿真器内部DUT的时钟，目标系统时钟的运行速度提高几个数量级，从而必须被限制到一或几兆赫。

为解决该问题，必须在目标系统与映射至硬件仿真器内部的DUT之间插入速度适配器——基本上就是一种基于先进先出（FIFO）寄存器的协议相关接口。它能够让目标系统的快速时钟适配硬件仿真器相对较慢的时钟速度。这种方法存在一些缺点，因为适配器通常会通过牺牲部分功能和准确性来换取性能。同时，PCI Express（PCIe） 或以太网等高速协议也将会减速，以应对适配器中FIFO内在容量的不足。

图1：带有多个物理接口的SoC通过速度适配器和实际外围设备进行建模。（由Mentor Graphics提供）

此外，适配器的周期精确行为由于同样的原因也将与实际协议有所不同。配置仅局限于每个协议一个测试用例，且不涉及边缘测试用例或任何“假设”分析。更不用说作为硬件的加速适配器针对电效应和磁效应所受到的影响。它们必须重置电路，需要磁屏蔽以及布设电缆和连接器，因为所有这些因素均可能影响其灵活性和可靠性。除此之外，相比软件解决方案，它们所能获得的利润率较低。

另一个明显的缺点就是在驱动DUT时，物理目标系统相对缺乏确定性行为或非重复性行为。多次运行同一测试时，其周期和时序可能会有所不同。也就是说，设计错误可能不会总在同一时刻出现。更糟糕的是，错误可能会完全不出现，影响问题的定位。此外，ICE模式无法实现物理目标执行保存和恢复的能力。硬件仿真只能保存 DUT 的状态，而非目标系统的状态。

然而，其最大的缺点就是它的极度不便性。如果没有人在现场提供帮助，对每个用户和设计相对应的速率适配器进行插拔，可能无法远程访问ICE模式的配置。

这一切均给ICE模式的使用带来麻烦，因而需要寻找其他替代方法。一种方法就是将物理测试环境变更为通过事务接口连接DUT的虚拟测试环境。这种部署模式通常称为基于事务的验证或TBX，由Mentor Graphics推广，适用于测试平台加速。