基于C语言软硬件设计工具，打造DSA敏捷设计新范式

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）从万物互联走向万物智联，其中一个明显差异是，传统MPU/MCU/CPU在解决特定领域需求时，PPA表现逐渐变得糟糕。在这种情况下，特定领域架构（DSA，Domain Specific Architecture）作为针对特定领域定制的可编程处理器，通过微架构创新，带来了更好的性能和功耗表现，成为各大新兴领域打造芯片的高性价比方案。

不过，DSA作为一种新型架构，采用传统的EDA工具很难发挥出潜力，行业迫切需要一种专门为设计DSA打造的EDA工具，芯易荟FARMStudio便应运而生。

多维度创新实现DSA敏捷设计

去年这个时候，芯易荟（ChipEasy）发布FARMStudio。这是一款以C语言描述，基于RISC-V基础指令集的专用处理器生成工具。针对密集计算和复杂数据处理的应用场景，赋能工程师自由探索计算架构，优化PPA，快速收敛至最佳设计。

FARMStudio工具

首先值得一提的就是C语言。在专访中，芯易荟软件研发副总裁张卫航表示，基于C语言定制指令的软硬件一体化设计方法学是芯易荟全球首创的方式，同时，在嵌入式开发、CPU优化开发、算法开发和AI基础算法开发等方面都是采用C语言。因而，在CPU设计和算法开发方面，C语言能够作为一种通用语言，这是非常有优势的一点。“做AI的人，一旦进入到底层，要做算子优化的时候，必须面对C语言，所以C语言本身不会造成行业壁垒。”

如下图所示，FARMStudio工具就是通过C语言来做超级指令定制，最终形成新的DSA架构。这里面涉及一个数字芯片设计的发展趋势：从寄存器传输级别（RTL）的设计输入层次到功能/指令（ISA）级别输入层次。过往，由于RTL行为描述可以精确地确定数字系统的操作，所以RTL综合成为当前EDA行业的主流设计方法，然而自20世纪90年代至今，这一方法就没有再取得重大创新，因此DSA设计需要全新的EDA工具。

C语言做超级指令定制

其次，ISA在设计DSA时优势就很明显，原因在于，ISA本就是CPU用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，每一个新型的处理器设计实际上都需要一套新的ISA和其他硬件系统配套，FARMStudio在这个环节中成为设计人员手中的高效工具。

张卫航总结称，DSA设计的敏捷原则如下：

•改进工具和生成器胜过改进实例。

•应对变化胜过按计划行事。

•不完整、可制造的原型胜过功能齐全的模型。

•协作、灵活的团队胜过僵化的孤军奋战。

当然，除了设计理念的创新，芯易荟FARMStudio也从方案创新层面加速开发，并提出了软硬件协同左移的理念。芯易荟市场总监徐明介绍称，传统工具在做硬件设计时，需要先做架构设计，然后做架构验证再去做开发，整个周期至少是以月计的。FARMStudio的优势在于用户的idea可以快速实现，然后应用层的软件就可以在上面跑，以此来进行快速的软硬件迭代。

FARMStudio在验证中快速成长

过去一年的时间里，芯易荟FARMStudio工具得到了市场的广泛认可，并获得了非常多的应用实例。当然，过去一年的时间里，芯易荟FARMStudio也迎来了很多重要的更新，包括云虚拟FPGA、多层次开发及验证平台（FTOS）、异构多核心设计验证平台和快速中断响应功能等。

如下图所示，FTOS（FARM Testing Operation System）是芯易荟首创的多层次验证环境。张卫航表示，FTOS实现了从C语言代码到指令级的周期精确仿真，到电路的RTL仿真，再到FPGA上的仿真等多个层次的相互验证。

芯易荟FARMStudio的FTOS验证环境

云虚拟FPGA验证是FARMStudio V2 .0工具中的重要更新，非常直观地改善了工具的易用性。张卫航称，芯易荟已经在云端部署了两块不同容量、已经经过验证的FPGA，它们可以让用户直接从本地穿透连接到云端，验证结果和本地FPGA验证的结果完全一致。并且，相较于传统云FPGA，芯易荟的云FPGA有一个特有的功能，可以兼容多层次验证功能，提供虚拟文件系统服务和虚拟音视频流。此外，为了满足仿真时的数据流输入，芯易荟云FPGA还提供了虚拟外设，用户可以通过USB3与FPGA进行高速数据传输。

芯易荟云FPGA

同时值得一提的创新是FARMStudio V2 .0工具提供异构多核心设计验证平台。基于这个平台，用户可以获得：

·指令定制调用的异构多核核心直连模块（DIO）

·简洁高效的多核配置描述方案

·基于X86 C的多核功能开发验证支持系统

·基于FARMC自动生成的多核虚拟仿真器（SystemC based）

·支持异构多核自动生成与部署的RTL/FPGA验证系统

张卫航强调，FARMStudio V2 .0工具中的DIO可以进行核间数据重组和核间信号通信，实现了多核通信中的一些基本功能。

徐明指出，快速中断响应功能是在与用户沟通时，很多用户迫切需要的一个功能，在芯易荟的工具中用户可进行勾选。

此外，徐明提到，芯易荟也在自研一些IP产品。“有别于传统IP授权模式下供应商仅提供固定规格产品线，芯易荟IP允许客户通过配置界面进行灵活调整，可更好地适配其业务需求。”他在介绍中说。

结语

通过FARMStudio V2 .0工具的更新能够看到，芯易荟的工具已经逐步从能用变为易用、好用，随着生态布局的完善，目标是打造一个DSA设计通用的工具。当然，徐明也特别指出，未来一到两年的时间里，芯易荟依然会比较专注，聚焦于进一步打磨FARMStudio工具的质量和易用性。当有了这些坚实的基础，各种各样的DSA设计都可以在FARMStudio上实现。