近期，來自 Kioxia 公司的 Ravi Tangirala 做了一個(gè)主題為存儲控制器系統(tǒng)級硬件仿真與原型驗(yàn)證性能的演講。他是 Kioxia America 公司（前東芝存儲，之后作為獨(dú)立公司被拆分）的驗(yàn)證總監(jiān)。

存儲控制器作為一種很“常見”的 SoC，是所有 NAND 閃存的接口。盡管近些年出現(xiàn)了 3D NAND，但從存儲控制器的角度而言其實(shí)沒帶來什么實(shí)質(zhì)變化。

驗(yàn)證過程的核心是綜合利用 Cadence Palladium Z1 企業(yè)級仿真平臺和 Cadence Protium X1 企業(yè)級原型驗(yàn)證平臺來實(shí)現(xiàn)硬件仿真和原型驗(yàn)證。

上方圖表展示了該團(tuán)隊(duì)的工作過程。圖中紅色線條逐漸上升及下降，反映的是 Palladium 在項(xiàng)目周期中的使用量變化。開始時(shí) Palladium 的使用并不多，因?yàn)?RTL 尚未完成。隨著設(shè)計(jì)的逐步完成，Palladium 使用量也隨之上升。

藍(lán)色陰影區(qū)代表了固件開發(fā)，開始時(shí)會使用 Palladium，當(dāng)設(shè)計(jì)足夠穩(wěn)定后就會轉(zhuǎn)用 Protium。Protium 的優(yōu)勢是具有比 Palladium 更快的軟件運(yùn)行速度；不足則是由于 FPGA 布局布線耗時(shí)較多，需要相對多些時(shí)間來準(zhǔn)備版本。

所以在 RTL 穩(wěn)定前，Protium 并非固件團(tuán)隊(duì)的軟件開發(fā)人員的最佳選擇；可一旦 RTL 趨于穩(wěn)定，軟件人員就會更傾向于用 Protium 做軟件測試。

樣片回片后，軟件開發(fā)逐漸結(jié)束，Palladium 還會被用來分析樣片測試出的遺留問題。

Palladium 仿真

上圖展示了以 Palladium 為核心的完整驗(yàn)證環(huán)境案例，SoC 運(yùn)行在位于中心的仿真器內(nèi)，左側(cè)為實(shí)際主機(jī)（訪問閃存）和調(diào)試主機(jī)（訪問調(diào)試端口）。右側(cè)連接 DIMMS 上的實(shí)際閃存，其容量巨大，同時(shí)對仿真速度有要求，因而不適合直接放在仿真器里實(shí)現(xiàn)。

Host PC 機(jī)通過 SpeedBridge 硬件接口與 Palladium 連接，另一臺調(diào)試 PC 機(jī)與調(diào)試端口相連，而 DIMMS 上的 NAND 會直接與 Palladium 相連。

實(shí)際上，這個(gè)過程用到了 Palladium 的兩個(gè)操作模式：

TBA（Test Bench Acceleration）模式：應(yīng)用各種虛擬接口，比較適用于 RTL 早期驗(yàn)證過程。

ICE（In Circuit Emulation）模式：利用上圖中的真實(shí)物理接口，能夠達(dá)到最快的仿真速度，但不適用于對接口的直接驗(yàn)證。

Kioxia 總共部署了 6 臺服務(wù)器集群用于 Palladium 編譯。單次編譯可以在 3 小時(shí)內(nèi)完成，利用相關(guān)選項(xiàng)，12 小時(shí)內(nèi)可以完成 30 次迭代。當(dāng)然，這種方法在 RTL 穩(wěn)定后才可真正發(fā)揮作用。

如上方圖示，經(jīng)過時(shí)鐘優(yōu)化，核心功能時(shí)鐘可達(dá)到 373% 的性能提升。需要注意的是，這是仿真性能提升，而非指 SoC 自身時(shí)鐘頻率。

以 Palladium 為核心搭建起來的硬件仿真環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)端到端測試（在 PC 主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用軟件可以訪問到實(shí)際的 NAND 存儲器）。

有了這樣的仿真平臺，我們可以運(yùn)行測量 I/O 吞吐率的硬盤應(yīng)用，以及測試硬盤在最差情況的運(yùn)行等等。因?yàn)闇y試時(shí)間需要足夠長才能生成精確的度量數(shù)據(jù)，所以仿真平臺的整體性能就變得非常關(guān)鍵。上述以 Palladium 為核心的仿真平臺可以將 I/O 訪問速率提升 9 倍，并將啟動時(shí)間和 NAND 擦除時(shí)間縮短 5.5 倍。

Protium 原型驗(yàn)證

固件開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)從 Palladium 至 Protium 的無縫切換，因?yàn)閮烧咴谇岸耸褂猛瑯拥木幾g器。上圖可以看出，Protium 和 Palladium 兩個(gè)平臺幾乎完全一樣，都使用同樣的 Speedbridge 和 I/O 卡。

動態(tài)配對組合

利用 Palladium 和 Protium 聯(lián)合使用流程，RTL 可以按照上圖所示同時(shí)編譯給兩大平臺，使得客戶可以用 Palladium 實(shí)現(xiàn)高性能的硬件仿真，同時(shí)用 Protium 實(shí)現(xiàn)更高性能的固件開發(fā)。由于 Protium 的編譯和布局布線需要 15-24 小時(shí)，在設(shè)計(jì)足夠穩(wěn)定后，軟件開發(fā)者利用雙平臺的流程會更加高效。比如完成操作系統(tǒng)啟動，保證軟件開發(fā)人員能夠調(diào)試各自的代碼。

小結(jié)

Palladium 應(yīng)用在項(xiàng)目初期，在性能加快 373% 同時(shí)，充分利用其強(qiáng)大的調(diào)試能力。

Protium 主要針對固件開發(fā)，仿真性能可以達(dá)到Palladium 的 4.6 倍。

可以利用 QTDB 實(shí)現(xiàn) Palladium 與 Protium 的快速無縫遷移。

原文標(biāo)題：【成功案例】如何利用 Palladium 和 Protium 進(jìn)行早期固件開發(fā)

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