如何成功地完成ASIC原型验证

有很多原因使我们在芯片TAPOUT之前做原型验证，最终的目的都是尽可能高性价比的使芯片尽快推向市场。原型验证可以使我们找出其它的验证方法找不出的错误。基于原型的速度接近于现实速度，原型验证可以使我们尽早地来测试应用软件。如今随着大容量的FPGA的出现，建立一个高性价比的原型验证系统要比其他的方法更加便宜和快速。

原型验证---用软件的方法来发现硬件的问题

在芯片tap-out之前，通常都会计算一下风险，例如存在一些的严重错误可能性。通常要某个人签字来确认是否去生产。这是一个艰难的决定。ASIC的产品 NRE的费用持续上升。一次失败的ASIC流片将会推迟数个月的上市时间。谁愿意承担签字的责任呢? 一些BUG通过仿真和Emulation是抓不到的。传统的验证方法认为设计的功能符合功能定义就是对的。 但功能定义到底对不对呢？唯一的办法就是建立一个真实的硬件：原型。

基于FPGA的原型 --- 一个虚拟的真实环境

在密度，速度以及其他方面与ASIC的相似性使得FPGA成为原型验证的最佳选择。通常最担心的是不但不会加速设计过程，反而会延长设计周期。因为建立一个 原型验证系统会耗费时间，额外的资源和需要FPGA设计的知识。因为FPGA的设计容量比ASIC小，设计通常会被划分到几块FPGA中。最困难的是决定 使用几颗FPGA和他们之间的互连线如何规划。在规划过程中，划分方案一般会被多次修改。模块会被在FPGA之间移来移去，相应地FPGA之间的互连关系 也要随之改变。一些象IP和存储器之类的模块需要在FPGA外面额外增加硬件。原型验证系统必须有足够的灵活性来解决这些以及更多的问题。

另一个问题是如何把ASIC的代码应用到FPGA上。把设计划分到多颗FPGA中需要改动RTL代码。划分也可能导致FPGA之间有很宽的总线，使得 FPGA之间的互连线数量不够。ASIC和FPGA的结构不同可能导致严重的设计问题。IP模块，DesignWare元件，以及其他的ASIC风格的代 码例如门控时钟必须被转换到FPGA上。Synplicity的Certify解决方案正好可以解决这些问题。Certify帮助设计者把ASIC的 RTL代码用多颗FPGA实现。

布局的考虑

解决了逻辑实现的问题，还要考虑物理 实现的问题。必须要设计一个或者几个电路板，这也不是简单的事情。设计高速的FPGA电路板的布局会带来很多问题，需要很专业的知识来解决。串扰、反射、 传输损耗、地弹噪声等很多因素会影响信号完整性。高速PCB板的设计不仅需要数字电路的特性，也要考虑模拟特性的影响。

选择现有的成熟产品还是选择自己动手做

当你需要最灵活的、易于使用的、并且能重复利用的原型验证系统时，你要自己设计吗? 如果要考虑到时间和金钱的因素，那么决定是显而易见的。要建立一个原型验证系统，投资现有的成熟产品是一个聪明的选择。HAPS是专门为ASIC原型验证而设计的高速模块化电路板系统。他是商业化的产品，可配置性能使用在几乎可以适合所有的应用。配合Synplicity公司的Certify，ASIC的代码可以直接被综合并且映射到HAPS的FPGA上而不用做大的改动。

应用实例

Philips Semiconductor使用HAPS和Certify建立了验证系统来验证他们的2.5G/3G 多媒体基带处理器。验证当中他们发现了一些严重的但在仿真时却没有发现的RTL BUG。原型验证也被用来做软件的验证。这个设计除了存贮器外有200万的ASIC门。他们使用了带有四颗Virtex-II 8000 (1517脚封装) FPGA的HAPS母板。存储器利用外面的SDRAM子板。最大的挑战来自于划分，平衡各个FPGA的利用率，最佳的划分方案中两个FPGA之间有 3000根互连信号。由于信号的数量超过了FPGA的I/O的数量，这造成了一些麻烦，解决的方法是使用了Certify Pin Multiplexing (CPM)。

Mihai Munteanu，瑞士苏黎世的开发工程师，参与了这项工作。他给开始做原型验证的人的建议是：分析ASIC的设计，要考虑到容量、互连线、时钟、存储器 的需要。检查所有的RTL代码，尝试综合到FPGA中。要注意到ASIC的某些特性用FPGA实现很困难。尝试

用最少数目的FPGA来使流程简化。使用增量的方法，但是要注意到减少设计后一些问题可能不会冒出来。另外建议使用最新的最好的工具。

作者：马跃虎

上海至益电子技术有限公司