计算机工程与科学

作者：荣培涛, 曾坤, 李开, 张甜, 王永文

单位：1.国防科技大学计算机学院，湖南 长沙 410073；2.先进微处理器芯片与系统重点实验室，湖南 长沙 410073

关键词：周期精确模拟,全系统仿真,模拟器,FPGA加速,FPGA资源优化,

基金：高层次科技创新人才工程(22-TDRCJH-02-006)

随着处理器设计规模的不断增长，周期精确模拟技术面临挑战:传统的软件模拟器通常速度缓慢，而硬件仿真加速平台往往价格昂贵，这限制了大多数学术和工业研究团队的使用。使用FPGA来加速周期精确模拟被视为一种极具潜力的手段。近年来出现的利用FPGA进行模拟加速的开源平台FireSim，不仅整合了FPGA加速模拟领域之前的研究成果，还克服了一系列关键障碍。然而该方案仍存在FPGA资源利用率不足问题，尤其是模型映射后BRAM资源占用过多，限制了模拟规模的进一步扩展。为了解决这一问题，提出了新的FPGA模拟加速平台资源管理与优化技术，包括识别BRAM资源占用的自动化流程和2种映射策略：将占据BRAM的部件迁移到URAM，以减轻压力，同时通过分散重构和资源敏感映射实现资源均衡使用。这些技术使得单块FPGA上的仿真规模从16核增加到32核，理论上可扩展至64核，且几乎不损失原模型的模拟速度，有效增强了现有平台的模拟规模拓展性，对于推动FPGA加速技术在大规模全系统仿真场景下的应用具有重要意义。

来源：2025年第10期

《计算机工程与科学》期刊编辑部

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