Emulator 小註解

根據 WIKI, Emulator 分為 hardware [1], software [2] 兩種. Hardware Emulator 是用 hardware 去模擬 IC 硬體, software emulator 則是用軟體去模擬 IC. 後者比較單純, 以我用過的 Analogic Device 的 DSP emulator, 只要設定 SRAM 的 delay cycle, 就可以知道自己寫的程式在 IC 能否跑得動.

而在 WIKI 的定義中,  ICE (In Circuit Emulator) 算 HW emulator, 但 FPGA (Field Programmable Gate Arrays) proto-typing 不算 HW emulator. 問題不出在 FPGA 不能當 HW Emulator, 而是出在 FPGA proto-typing 和 HW Emulator 有差距.

知乎這篇 [3] 說到, FPGA proto-typing 和 HW Emulator 的本質不同

  1. HW Emulator 可以處理的 gate 數較大, 即使要驗的電路變複雜, 也不像 FPGA 那樣 routing 愈複雜就跑得愈慢.
  2. HW Emulator 是由 CAD 提供一整套系統. 而 FPGA 買回來之後通常是 HW SD 做一張板子, IC designer 提供特製的 RTL 跑出來的 bitfile 檔. 為了配合 FPGA 的先天限制, 連 IC 的功能都不會完整放上 FPGA. 例如實際上跑 4 核 CPU, FPGA 上只放一核.
  3. “emulator可认为是软件simulator的硬件化,是虚拟世界;FPGA prototype是物理芯片流片前的原型化,是真实世界。” 這句話直接引用 [3]. 雖然兩者的 clock 都不夠真實, 但 emulator 下所有 IP 的 clock 能維持相對比例, 例如 CPU 可以模擬 1.5GHz, 並切搭配跑 700MHz 的 GPU. 但 FPGA 上的 CPU 就是和其它 IP 一樣都跑 MHz 等級.

三大 CAD 公司都有 Emulator 的產品, Cadence Palladium, Synopsys ZeBu, Mentor Veloce. 有趣的是,  Palladium 用特製的 processor 來實現, Veloce 用 ASIC 來實現, 而 Zebu 就是用 Xilinx 的 FPGA 來實現. 難怪 HW SD 會說: “你就把它想像成一個超大的 FPGA.”

Emulator 還有不同的操作模式:

  1. Stand-alone: 全部電路在 emulator 中單獨跑.
  2. ICE: 待測電路放在 emulator, 透過  speed bridge 接到高速週邊 USB 等等.
  3. Co-simulation: 和 server 上的 sw simulator co-sim. 例如模擬 Android 跑在 IC 上就有可能用到.

先筆記到這裡.

[Ref]

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Hardware_emulation
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Emulator
  3. https://www.zhihu.com/question/47732296

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