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什么是HAV原型设计?

哈立德·汗

安全增强封装(SEP) 2025年5月 / 阅读时间 4 分钟

定义

HAV 原型设计(即硬件辅助验证原型设计)是电子设计中的一种流程,通过该流程,利用硬件平台来创建集成电路(IC)、片上系统(SoC)或复杂电子系统的早期功能性原型。通过利用物理硬件来仿真或构建数字设计的原型,工程师可以在最终芯片制造之前验证系统功能、排查问题并开发软件。

该方法弥合了传统仿真与实际硅片之间的差距,其执行速度远高于单纯的仿真。对于那些若仅采用纯软件方法进行验证将耗时过长、难以实现的大型复杂设计而言,HAV 原型设计尤为重要。它使工程团队能够实时与设计进行交互、运行全面测试并快速迭代,这对把握紧迫的市场窗口期和确保产品可靠性至关重要。

在现代产品的环境 中开发 ,HAV 原型设计不仅能加速验证过程,还能实现早期软件开发 、软硬件集成以及系统级验证 。对于当今软硬件深度融合且产品复杂度持续增加的先进电子产品而言,这些能力至关重要。

HAV 原型设计是如何进行的?

HAV 原型设计的工作原理是将数字设计(通常使用硬件描述语言(HDL),如Verilog 或VHDL进行描述)映射到硬件平台上,例如现场可编程门阵列(FPGA )或专用硬件加速 系统。HAV 原型设计的主要步骤如下:

步骤描述
设计准备与划分分析和优化RTL,并在硬件资源(例如多个FPGA或电路板)之间进行划分。
综合与实施将RTL转换为网表 ,并将map 移植到FPGA/硬件加速 硬件上。
原型设计与实施对硬件进行编程,以创建一个可运行的原型并运行工作负载。
调试与分析使用高级工具捕获波形、触发条件和状态,以排查问题。
软件开发 与集成在芯片准备就绪之前,就启动固件、驱动程序和应用程序的开发 。

1. 设计准备与分区

对设计的原始RTL(寄存器传输级)代码进行分析、优化,并通常进行划分,以适应可用的硬件资源。对于大型SoC,这可能需要将设计拆分到多个FPGA或硬件加速 板上,同时确保所有系统组件之间正确互联。

 

2. 综合与实施

划分完成后,RTL代码会被综合为网表 ,并映射到FPGA 或硬件加速 平台上。该过程将高级设计转换为可加载到硬件上的配置,使其在功能上与目标芯片等效。

 

3. 原型设计与实施

将综合设计结果编程到硬件平台上,从而创建一个可工作的原型。工程师随后可以与该原型进行实时交互,运行测试套件,并在真实的工作条件下观察系统行为。这一步骤比仿真快得多,每秒可执行数百万甚至数十亿个时钟周期。

 

4. 调试与分析

HAV 原型设计平台配备了先进的调试工具,可直观显示内部信号和状态。工程师可以设置触发条件、捕获波形并分析系统运行情况,从而精准定位并解决功能性缺陷或性能瓶颈。

 

5. 软件开发 与集成

HAV 原型设计的一大优势在于,它使软件团队能够在芯片问世之前很久就开始开发和验证固件、驱动程序以及应用程序代码。这种并行开发开发 能够加速整体生产就绪 和上市时间 。

为什么HAV原型设计对现代SoC至关重要开发 ?

鉴于当今系统级芯片(SoC)的复杂性和集成度,传统的仿真方法已无法满足对整个系统的全面测试需求验证 。HAV 原型设计技术能够提供所需的速度和容量,以便在真实环境中测试整个系统,包括硬件与软件之间的交互。对于汽车安全、网络基础设施和消费电子等要求高可靠性的应用而言,这一能力尤为重要。

通过实现早期且全面的系统验证 ,HAV 原型设计可降低耗资巨大的芯片重制风险,并加快产品上市进度。此外,它还能使软件团队与硬件团队开发 并行工作,从而缩短上市时间 并提升整体产品质量。

HAV 原型设计的优势

采用HAV原型设计为硬件和软件开发 团队带来了诸多好处。主要优势包括:

  • 更快的验证周期:HAV 原型设计运行设计的速度比仿真快几个数量级,从而能够快速执行测试用例和系统验证 。
  • 早期软件初启 :软件团队可以在硅片制造之前,在功能性原型上开发、测试和优化代码,从而降低项目风险并加快进度。
  • 系统级验证 :工程师可以在逼真的环境中验证硬件与软件的集成、外设 接口以及用例 的实际运行情况。
  • 高级调试功能:硬件平台提供了深入的可见性与强大的调试工具,使识别和修复复杂错误变得更加容易。
  • 提高产品质量:及早且全面的验证 有助于发现可能导致耗资巨大的返工或硅片后故障的问题。
  • 降低开发 成本:通过尽早发现并解决设计缺陷,团队可以避免代价高昂的迭代和生产延误。
  • 可扩展性:现代 HAV 原型设计系统通过先进的划分和互连技术,支持大型、复杂的设计,包括拥有数十亿个逻辑门的 SoC。
  • 灵活的测试:原型可用于各种测试,从性能基准测试到安全 验证 ,涵盖各种真实场景。
  • 客户与合作伙伴参与:可将功能原型分享给客户和生态系统合作伙伴,以便进行早期评估、收集反馈并开展协作开发 。
优势描述
更快的验证周期与仿真相比,设计执行速度快得多,从而加快了验证 的开发进程。
及早启动软件软件团队可以在芯片制造之前就开始工作。
系统级验证在实际使用条件下验证硬件与软件的集成情况。
高级调试功能通过强大的调试工具提供深入的可见性。
产品质量的提升及早进行验证 可降低重新旋转和失败的风险。
降低开发 的成本及早发现问题,以避免耗资巨大的迭代。
可扩展性支持具有分区和互连功能的数十亿门级SoC。
灵活测试支持 performance、安全 以及符合性 验证 。
客户与合作伙伴互动便于尽早进行评估并与外部合作伙伴开展合作。

HAV 原型设计旨在解决哪些挑战?

现代电子设计面临的主要挑战之一,是弥合仿真与实际应用之间的差距验证 。随着设计规模的扩大,仿真速度会变慢,且对于全系统测试而言越来越不切实际。HAV 原型设计通过提供基于硬件的执行来解决这一问题,其速度远快于软件仿真,且可扩展性更强。

此外,HAV 原型设计有助于团队应对软硬件集成的复杂性,排查仅在特定条件下才会出现的难以捉摸的故障,并验证符合性 是否符合行业标准和客户要求。

挑战HAV 原型设计如何提供帮助
模拟速度太慢了在硬件上运行设计,可将速度提升几个数量级。
集成复杂性日益增加对涉及硬件与软件交互的大规模系统进行验证。
调试难以发现的问题可深入洞察信号和状态。
满足符合性/客户的要求在真实工作负载条件下进行测试,以验证标准和要求。

HAV 原型设计与 新思科技

新思科技 是HAV原型设计领域的公认领导者,提供强大的解决方案,助力工程团队加速 系统验证 、软件开发 以及上市时间 。新思科技 HAPS® (高性能ASIC 原型验证系统)平台是一款旗舰 HAV原型设计解决方案,专为处理最大规模的SoC和最具挑战性的应用而设计。

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