SkyEye簡介：

天目全數(shù)字實時仿真軟件SkyEye作為基于可視化建模的硬件行為級仿真平臺，能夠為嵌入式軟件提供虛擬化運行環(huán)境，開發(fā)、測試人員可在該虛擬運行環(huán)境上進行軟件開發(fā)、軟件測試和軟件驗證活動。小到芯片，大到系統(tǒng)，SkyEye均可進行模擬。

01.背景介紹

1936年，被譽為“計算機科學與人工智能之父”的艾倫·圖靈在其著作中證明了一個能夠執(zhí)行任何可計算序列的通用計算機的可行性[1]，奠定了計算機仿真技術的理論基礎。20世紀50年代，世界上第一臺“商用程序內藏式電子計算機”EDSAC項目便使用了這一理論，其所使用的錯誤診斷技術中的“STEP-BY-STEP”技術已具備當前處理器仿真中常用的“解釋執(zhí)行”特性[2]。

(資料圖片)

隨著計算機硬件性能飛速提高和軟件技術的不斷進步，計算機仿真技術也取得了長足的發(fā)展，并進入廣泛實用階段，已被應用于移植異構計算機、研制處理器、開發(fā)和測試操作系統(tǒng)以及應用軟件、檢測病毒、虛擬化服務器等領域。

在應用仿真的諸多領域之中，嵌入式軟件開發(fā)測試憑借以下特點，在仿真技術的適用性上顯得尤為突出：

(1) 復雜的交叉開發(fā)環(huán)境：仿真能夠避免可執(zhí)行文件的下載操作；

(2) 相對低速的嵌入式處理器：仿真所造成的性能損耗能夠被PC機運行速度克服，甚至超過真實目標機的運行速度；

(3) 高可靠性要求的嵌入式軟件：避免物理測試環(huán)境的缺乏及其固有缺陷。

使用仿真技術來構建嵌入式軟件虛擬驗證系統(tǒng)的方式越來越受到重視。

02.全數(shù)字實時仿真

作為仿真技術中最為適合嵌入式軟件的類型，全數(shù)字實時仿真技術指在達到仿真目標硬件平臺實時性要求的基礎上，對仿真目標進行純軟件模擬。

嵌入式領域中的全數(shù)字實時仿真，指通過軟件方式對嵌入式板塊的SoC以及各種外設進行建模，并實現(xiàn)功能級別的仿真，其實時性能夠和真實硬件相媲美。其主要價值在于可以脫離硬件，及時甚至提早進行功能開發(fā)和非干預的驗證，且仿真結果和硬件平臺的運行結果保持一致。

03.SkyEye仿真龍芯2K1000處理器

龍芯中科作為國內知名的自主CPU設計供應商，面向國家信息化建設需求，現(xiàn)已推出三個系列（龍芯一、二、三號）多款CPU，且自研LoongArch指令集。本文主要聚焦于龍芯二號系列產品：龍芯2K1000處理器。

龍芯2K1000處理器主要面向于網絡應用，兼顧平板應用及工控領域應用。采用40nm工藝，片內集成2個GS264處理器核，與MIPS64體系結構兼容，主頻1GHz，64位DDR3控制器，以及各種系統(tǒng)IO接口。

龍芯2K1000結構圖如下：

▲ 龍芯2K1000結構圖

使用SkyEye平臺對龍芯2K1000進行仿真，共分為三步：

第一步：基于SkyEye的設備建模工具，完成龍芯2K1000板卡上CPU和外設功能級的建模，形成動態(tài)鏈接庫提供給SkyEye仿真引擎使用。

第二步：按照龍芯2K1000結構圖，在SkyEye Workstation的建模區(qū)域，通過拖拽基本模塊（第一步中完成的）、配置外設和總線屬性完成龍芯2K1000板卡級的建模，此時已經得到一塊全數(shù)字的仿真板卡。

第三步：創(chuàng)建SkyEye的啟動腳本，對應物理板卡的燒錄流程。

SkyEye已經支持龍芯2K1000，并在該仿真板卡成功運行Linux3.10（使用gcc4.9編譯），在串口中可以輸入Shell命令和Linux進行交互。以下為運行過程：

參考文獻

[1] Turing A M. On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem[J]. Proceedings of the London Mathematical Society, 1936, 42(1):230-265.

[2] Gill S. The Diagnosis of Mistakes in Programmes on the EDSAC[J]. Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical & Enginee ring Sciences, 1951, 206(1087):538-554.