基于C語言軟硬件設計工具，打造DSA敏捷設計新范式

電子發燒友網報道（文/吳子鵬）從萬物互聯走向萬物智聯，其中一個明顯差異是，傳統MPU/MCU/CPU在解決特定領域需求時，PPA表現逐漸變得糟糕。在這種情況下，特定領域架構（DSA，Domain Specific Architecture）作為針對特定領域定制的可編程處理器，通過微架構創新，帶來了更好的性能和功耗表現，成為各大新興領域打造芯片的高性價比方案。

不過，DSA作為一種新型架構，采用傳統的EDA工具很難發揮出潛力，行業迫切需要一種專門為設計DSA打造的EDA工具，芯易薈FARMStudio便應運而生。

多維度創新實現DSA敏捷設計

去年這個時候，芯易薈（ChipEasy）發布FARMStudio。這是一款以C語言描述，基于RISC-V基礎指令集的專用處理器生成工具。針對密集計算和復雜數據處理的應用場景，賦能工程師自由探索計算架構，優化PPA，快速收斂至最佳設計。

FARMStudio工具

首先值得一提的就是C語言。在專訪中，芯易薈軟件研發副總裁張衛航表示，基于C語言定制指令的軟硬件一體化設計方法學是芯易薈全球首創的方式，同時，在嵌入式開發、CPU優化開發、算法開發和AI基礎算法開發等方面都是采用C語言。因而，在CPU設計和算法開發方面，C語言能夠作為一種通用語言，這是非常有優勢的一點?！白鯝I的人，一旦進入到底層，要做算子優化的時候，必須面對C語言，所以C語言本身不會造成行業壁壘?！?/p>

如下圖所示，FARMStudio工具就是通過C語言來做超級指令定制，最終形成新的DSA架構。這里面涉及一個數字芯片設計的發展趨勢：從寄存器傳輸級別（RTL）的設計輸入層次到功能/指令（ISA）級別輸入層次。過往，由于RTL行為描述可以精確地確定數字系統的操作，所以RTL綜合成為當前EDA行業的主流設計方法，然而自20世紀90年代至今，這一方法就沒有再取得重大創新，因此DSA設計需要全新的EDA工具。

C語言做超級指令定制

其次，ISA在設計DSA時優勢就很明顯，原因在于，ISA本就是CPU用來計算和控制計算機系統的一套指令的集合，每一個新型的處理器設計實際上都需要一套新的ISA和其他硬件系統配套，FARMStudio在這個環節中成為設計人員手中的高效工具。

張衛航總結稱，DSA設計的敏捷原則如下：

?改進工具和生成器勝過改進實例。

?應對變化勝過按計劃行事。

?不完整、可制造的原型勝過功能齊全的模型。

?協作、靈活的團隊勝過僵化的孤軍奮戰。

當然，除了設計理念的創新，芯易薈FARMStudio也從方案創新層面加速開發，并提出了軟硬件協同左移的理念。芯易薈市場總監徐明介紹稱，傳統工具在做硬件設計時，需要先做架構設計，然后做架構驗證再去做開發，整個周期至少是以月計的。FARMStudio的優勢在于用戶的idea可以快速實現，然后應用層的軟件就可以在上面跑，以此來進行快速的軟硬件迭代。

FARMStudio在驗證中快速成長

過去一年的時間里，芯易薈FARMStudio工具得到了市場的廣泛認可，并獲得了非常多的應用實例。當然，過去一年的時間里，芯易薈FARMStudio也迎來了很多重要的更新，包括云虛擬FPGA、多層次開發及驗證平臺（FTOS）、異構多核心設計驗證平臺和快速中斷響應功能等。

如下圖所示，FTOS（FARM Testing Operation System）是芯易薈首創的多層次驗證環境。張衛航表示，FTOS實現了從C語言代碼到指令級的周期精確仿真，到電路的RTL仿真，再到FPGA上的仿真等多個層次的相互驗證。

芯易薈FARMStudio的FTOS驗證環境

云虛擬FPGA驗證是FARMStudio V2 .0工具中的重要更新，非常直觀地改善了工具的易用性。張衛航稱，芯易薈已經在云端部署了兩塊不同容量、已經經過驗證的FPGA，它們可以讓用戶直接從本地穿透連接到云端，驗證結果和本地FPGA驗證的結果完全一致。并且，相較于傳統云FPGA，芯易薈的云FPGA有一個特有的功能，可以兼容多層次驗證功能，提供虛擬文件系統服務和虛擬音視頻流。此外，為了滿足仿真時的數據流輸入，芯易薈云FPGA還提供了虛擬外設，用戶可以通過USB3與FPGA進行高速數據傳輸。

芯易薈云FPGA

同時值得一提的創新是FARMStudio V2 .0工具提供異構多核心設計驗證平臺?；谶@個平臺，用戶可以獲得：

·指令定制調用的異構多核核心直連模塊（DIO）

·簡潔高效的多核配置描述方案

·基于X86 C的多核功能開發驗證支持系統

·基于FARMC自動生成的多核虛擬仿真器（SystemC based）

·支持異構多核自動生成與部署的RTL/FPGA驗證系統

張衛航強調，FARMStudio V2 .0工具中的DIO可以進行核間數據重組和核間信號通信，實現了多核通信中的一些基本功能。

徐明指出，快速中斷響應功能是在與用戶溝通時，很多用戶迫切需要的一個功能，在芯易薈的工具中用戶可進行勾選。

此外，徐明提到，芯易薈也在自研一些IP產品?！坝袆e于傳統IP授權模式下供應商僅提供固定規格產品線，芯易薈IP允許客戶通過配置界面進行靈活調整，可更好地適配其業務需求?！彼诮榻B中說。

結語

通過FARMStudio V2 .0工具的更新能夠看到，芯易薈的工具已經逐步從能用變為易用、好用，隨著生態布局的完善，目標是打造一個DSA設計通用的工具。當然，徐明也特別指出，未來一到兩年的時間里，芯易薈依然會比較專注，聚焦于進一步打磨FARMStudio工具的質量和易用性。當有了這些堅實的基礎，各種各樣的DSA設計都可以在FARMStudio上實現。