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憶芯科技軟件設(shè)計高級總監(jiān)程雪在FMS2023上做了題為《Instruction Accurate FW Simulation on QEMU》的主旨演講，就如何“利用QEMU虛擬機引擎實現(xiàn)指令級別的SSD固件仿真”話題進行了深刻演說。

憶芯科技軟件設(shè)計高級總監(jiān) 程雪 發(fā)表演講

做為一家SSD主控加方案公司，我們開發(fā)過程中遇到的一個最大的痛點就是如何在芯片早期，可以讓固件開發(fā)介入進來，從而盡早驗證SSD的系統(tǒng)問題。

在芯片開發(fā)前期，固件的介入方式通常是通過架構(gòu)仿真或者FPGA和Emulator原型驗證平臺來進行代碼開發(fā)和測試。架構(gòu)仿真對驅(qū)動層面進行了仿真抽象，可以快速的驗證在這個芯片上面的固件架構(gòu)的可行性，但是不能深入到系統(tǒng)細節(jié)。而FPGA和Emulator原型驗證雖然可以深入到芯片細節(jié)，但是這類平臺的準備時間很長，往往在芯片開發(fā)很后期才能穩(wěn)定的提供給固件使用。

因此，介于兩種仿真體系之間，我們又開發(fā)了基于QEMU的指令集仿真平臺。通過對QEMU核心代碼進行裁剪和二次開發(fā)，我們實現(xiàn)了一個100%寄存器級別準確的STAR2000QEMU仿真系統(tǒng)。

該系統(tǒng)可以直接運行最終運行在SSD產(chǎn)品上面的固件二進制代碼，以實現(xiàn)最高級別的仿真準確性。

同時，借助QEMU的強大功能，也可以實現(xiàn)斷點調(diào)試，GDB調(diào)試等等。利用基于QEMU的仿真系統(tǒng)，我們可以提前進行高準確性的固件開發(fā)，讓芯片回來以后可以第一時間運行上穩(wěn)定的固件代碼，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)時間。

在前端模型部分，我們創(chuàng)新性的引入了NVMe Over TCP協(xié)議作為仿真器和測試主機的接口。仿真器通過這個接口暴露給前端，可以在真實主機上面看到一個真實的NVMe設(shè)備。通過這個設(shè)備，我們不僅可以在仿真進行I/O測試，還可以進行Admin命令的測試，大大提高了仿真器的易用性。

在后端部分，我們通過我們獨創(chuàng)的StarNAND模型技術(shù)，可以實現(xiàn)在多個仿真器和Emulator上共享相同的NAND模型，從而進行NAND內(nèi)容的共享，方便在多個平臺互通數(shù)據(jù)，復(fù)現(xiàn)問題。此外，StarNAND技術(shù)還提供工具，幫助從真實SSD盤里面讀取NAND數(shù)據(jù)，并且做成一個數(shù)據(jù)鏡像提供給各類仿真器使用，從而可以快速在仿真復(fù)現(xiàn)SSD盤里面的遇到的諸多問題。

QEMU仿真器進一步補充了憶芯科技“軟件驅(qū)動設(shè)計”的研發(fā)流程，從架構(gòu)仿真，到事務(wù)級別仿真，再到寄存器級別仿真和最終的RTL精確的FPGA/Emulator平臺，我們可以靈活高效的在各個芯片開發(fā)周期中進行非常前期的固件開發(fā)，充分的參與到芯片開發(fā)的全過程中，在芯片前期就對系統(tǒng)和性能進行了全方位的驗證，確保了STAR2000的一次性流片成功。同時，借助仿真平臺，我們提前開啟了產(chǎn)品級別的固件開發(fā)，大大縮短了產(chǎn)品交付時間。