Разработка микропроцессора как сложной системы включает в себя принятие большого количества проектных решений, опирающихся на результаты имитационного моделирования, с помощью которого анализу подвергаются такие параметры, как производительность, потребляемая мощность.
Для измерения производительности проектируемого микропроцессора традиционно используют программные симуляторы, которые при достаточной точности обладают низкой скоростью, моделируя порядка одной тысячи команд в секунду реального времени. При такой скорости моделирования одна секунда работы разрабатываемого микропроцессора требует нескольких дней работы симулятора, что делает невозможным исследование производительности при запуске длинных тестов или при работе операционных систем с приложениями.
Существует техническое противоречие между низкой скоростью программных потактовых симуляторов, используемых на микроархитектурном этапе маршрута проектирования, и необходимой на данном этапе точностью.
Существенного (на 2–3 порядка) повышения скорости моделирования без потери точности можно достичь реализацией потактового симулятора на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).
Поскольку конфигурация вентильной матрицы ПЛИС, в которой реализован симулятор, в отличие от прототипа, не должна повторять в точности конечную электрическую схему микропроцессора, а только моделировать ее работу и временные характеристики, то разработчик модели получает ряд преимуществ, недоступных разработчику прототипа. Например, симуляцию одного такта моделируемого микропроцессора можно выполнять за несколько тактов ПЛИС.
Использование ПЛИС затруднено низким уровнем абстракции традиционных языков описания аппаратуры, гораздо более длительным циклом разработки по сравнению с разработкой программного обеспечения. Следовательно, наличие эффективной методологии разработки является ключевым фактором успеха, что говорит об актуальности работы.
Цель работы состоит в построении эффективных методов разработки и тестирования аппаратных потактовых моделей микропроцессоров на ПЛИС, позволяющих добиться без потери точности существенного повышения скорости моделирования при низкой сложности разработки.