龙蜥白皮书精选：面向芯片研发和验证的操作系统 SiliconFastOS

news2024/9/25 11:22:36

文/RISC-V ARCH SIG

01 背景介绍

随着 Arm 和 RISC-V 芯片研发的大爆发，越来越多的芯片设计、制造厂商甚至是云厂商都开始参与到芯片领域中来。面对芯片使用者尤其是处理器芯片与日俱增的需求，且芯片研发研发和流片成本高，芯片制造厂商必须要提高芯片质量，并缩短芯片研发周期，迅速对市场作出反应，实现产品的快速迭代。借着 Arm 和 RISC-V 架构更加开放的生态，业界陆续提出了了芯片敏捷开发方案。

02 技术方案

芯片验证时，软件运行在 FPGA 平台上。具有运行速度慢、硬件变化快且没有 ROM 等特点。造成了在基于 OS 的芯片验证过程中 OS 启动速度慢、命令行工具不够丰富、缺少芯片验证环境、灵活性差和使用成本高等困难。为了解决这些问题，龙蜥社区开发了芯片验证操作系统 SiliconFastOS。SiliconFastOS 具有 OS 启动加速、丰富的命令行工具、原生验证环境、灵活的配置手段和开箱即用等特点，可以帮助提高芯片验证效率，缩短芯片研发周期。

1. 最小化 rootfs，SiliconFastOS 尽可能去掉在开发过程中不会使用到的命令，从而减少内核解压 rootfs 和创建页表的时间。此外，SiliconFastOS 内建 build system，支持使用者选择单个软件包中的单个命令来构建最终的 rootfs，可以在尽可能减小 rootfs 大小的前提下，提供丰富的命令行工具，兼顾启动速度和 rootfs 镜像大小。

2. 裁剪内核。SiliconFastOS 去掉了在芯片验证阶段不会使用的内核驱动，裁剪内核镜像的大小。SiliconFastOS 还使用了 PCIe delay 等方式进一步缩短 OS。

3. 原生芯片验证环境。SiliconFastOS 内部提供了轻量级内核异步单元测试框架 Munit，帮助开发，管理、运行大量的内核单元测试用例。还提供了芯片验证测试框架 Bee，可以和 Munit 搭配使用，同时管理内核和用户态的测试用例。此外，还包含了丰富的芯片验证工具集，帮助开发者快速定位和修复软硬件bug。

4. 一键编译，开箱即用。SiliconFastOS 内部使用 Kbuild 搭建，和 Linux 内核一脉相承，开发者可以快速上手，利用 Kbuild 灵活配置 rootfs 软件包和内核，一键生成最终 OS 镜像。

03 技术优势

基于 OS 的端到端芯片验证系统传统的基于固件和硬件的芯片验证方案在芯片级仿真、调试、硬件固件交互方面有其特有的优势，但随着软硬件融合程度加深，需要更多的端到端验证方案来验证硬件设计对上层应用的影响。相比于固件和硬件方案，基于 OS 的芯片验证系统在灵活性、软硬件协同、对端到端真实场景的模拟、还有工具生态丰富度上面都有其得天独厚的优势。在此基础上，SiliconFastOS 还提供了 Bee + Munit 组成的原生芯片验证环境，帮助使用者开发，管理和运行大量的端到端测试用例。使用 SiliconFastOS + Bee + Munit 的组合方案，可以帮助芯片在流片前评估硬件设计对上层应用的影响，大大降低了各种软硬件协同设计、硬件加速器和异构硬件设计的流片风险。

04 应用场景

SliconFastOS（开源链接：alibaba/SiliconFastOS (github.com)），在倚天 710 上得到了很好的应用，作为端到端的验证系统与硬件验证协同配合，从而进一步提高了倚天 710 的研发效率。SliconFastOS 作为通用的芯片验证系统解决方案，可以有效帮助提高芯片验证的研发效率，目前也支持了 RISC-V 架构，可以在不同的平台和架构的芯片验证平台（如：仿真，FPGA ）中使用。

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