Вечер в Музее. Аппаратные эмуляторы — вторая жизнь ретрокомпьютеров

[MaxisMSX]

Потактовая точность эмулятора - это еще и возможность (даже теоретическая) заместить оригинальную микросхему эмулятором. Предположим у нас есть супер шустрый микроконтроллер, на ARM64 на 3 ГГц. Вытаскиваем Агнус, Дениз, или, даже Лизу из платы и вставляем эмулятор в оригинальную плату. С PC/XT получилось еле-еле. А в этом случае? Нужно, чтобы время отклика, Tsetup/Thold на входе и Tdelay на выходе совпадали с оригиналом.
Думаю, будет очень сложно эмулировать железо.

- - - Добавлено - - -

[Advertiser]

[Titus]

Потактовая точность эмулятора - это еще и возможность (даже теоретическая) заместить оригинальную микросхему эмулятором.

Для меня потактовая эмуляция - это прежде всего возможность не держать для эмуляции любимых платформ всякие сторонние железяки на FPGA, а иметь просто компьютер, и на нем запускать и играться) Удобно и комфортно)

- - - Добавлено - - -

Другой вопрос, что потактово точных эмуляторов сейчас практически нет.
Потому что для этого нужен реверс всех чипов и желание программиста написать потактово точную эмуляцию.
От Спектрума реверса нет (реверс Z80 в процессе причесывания).
От УКНЦ реверс всех чипов есть, но потактового эмулятора еще никто не написал.
И т.д.

Кстати, сложность программного эмулятора еще и в том, что нужен не просто реверс чипов, а полное понимание их работы. Тогда как в FPGA можно просто засунуть реверс, даже не понимая всех нюансов его работы.
Понятно, что вариант, когда программно тупо симулируется работа вентилей описанная на Верилоге - это в эмулятор не засунешь, будет сверхмедленно на современных машинах.

[MaxisMSX]

Для меня потактовая эмуляция - это прежде всего возможность не держать для эмуляции любимых платформ всякие сторонние железяки на FPGA, а иметь просто компьютер, и на нем запускать и играться) Удобно и комфортно)

- - - Добавлено - - -

От Спектрума реверса нет (реверс Z80 в процессе причесывания).

Кстати, сложность программного эмулятора еще и в том, что нужен не просто реверс чипов, а полное понимание их работы. Тогда как в FPGA можно просто засунуть реверс, даже не понимая всех нюансов его работы.
Понятно, что вариант, когда программно тупо симулируется работа вентилей описанная на Верилоге - это в эмулятор не засунешь, будет сверхмедленно на современных машинах.

T80 проходит тест ZEXALL. Т.е. это уже почти 100% эквивалент. Во время встречи как раз говорил про то, что ранние процессоры основывались на динамическом дизайне и двухфазном тактовом сигнале. Даже, если он вырабатывается внутри, не все процессы происходят от нарастающей кромки входного тактового сигнала. Поэтому здесь главное понять как правильно эмулировать. Ещё одна проблема - внутренние шины с 3 состоянием. Сейчас такие методы невозможно применить, т.к. нет современных ПЛИС с подобной архитектурой, да и подобный дизайн не синтезируется. Т.е. netlist всё равно необходимо адаптировать.
Тем не менее, реверс на системном уровне лучше программный, т.к. можно более-менее быстро разобраться, как все работает.

В идеале нужно отличное понимание того, как работает сабж для реверса (документация, системный анализ, тесты, анализ топологии).
Для этого необходим аппаратно-программный эмулятор, чтоб модель эмулируемого объекта можно было сначала отладить в софте, а затем формально перенести в железо (про это тоже рассказывал на Вечере).
По любому, реверс занимает наибольшее количество времени (не только базовая модель, но и все баги оригинального дизайна, а их хватает).

[Titus]

Тем не менее, реверс на системном уровне лучше программный, т.к. можно более-менее быстро разобраться, как все работает.

Не понимаю, что такое 'реверс на системном уровне'.

Реверс - это только восстановление схемы по кристаллу. И ничего другого.

- - - Добавлено - - -

T80 проходит тест ZEXALL. Т.е. это уже почти 100% эквивалент.

Это еще не показатель. Близко к 100% функционально, это не 100%.

[MaxisMSX]

Не понимаю, что такое 'реверс на системном уровне'.

Реверс - это только восстановление схемы по кристаллу. И ничего другого.

А вот и нет. Есть функциональный эквивалент, например, поведенческая модель. Синтезировать её нельзя. Эта модель генерится автоматически из С++ модели. Далее по желанию. Либо сами, либо на откуп toolchain.
В большинстве случаев топологию отреверсить нельзя. Как только количество металлических слоёв больше 2, всё, приехали. Но, если прицепиться логическим анализатором и анализатором прототипа, то можно получить:
- тестовые векторы
- статистические зависимости (как запись в тот или иной порт влияет на дисперсию событий)
Затем из этих двух элементов делаем rule checker или маску проверки. И продолжаем гонять железку.
Цель - получение достаточно точной функциональной копии.

Пример1: Yamaha V9938 обратно совместим с TMS 9918. Чем эта совместимость была обеспечена? Функциональным реверсом. Топология не изучалась (т.к. не было необходимых утилит, также нарушение патентного права). Дата выхода TMS9918 - 79 год. 9938 - 1984 год. Начало работ 1982 год, т.е. через 3 года после выхода 9918.

Пример2: Yamaha YM2602 где-то 1983 год. Тоже фунциональный ревес.

Почему так? Потому что не 100% эквивалент был нужен, а примерная фунциональная обратная совместимость (также позволяет получить патентную чистоту). Видео интерфейс другой и видео память тоже.

Топологический реверс нужен чтобы из I8080A сделать кр580ик80. Да и то эта задача достаточно сложная.

[Titus]

А вот и нет. Есть функциональный эквивалент, например, поведенческая модель.

Хорошо, не будем спорить)
Для меня полный стопроцентный реверс не может быть без реверса кристалла) Все остальное - это приближение, наблюдая поведение 'черного ящика' извне. Даже если это приближение на 99.99%.

[MaxisMSX]

Хорошо, не будем спорить)
Для меня полный стопроцентный реверс не может быть без реверса кристалла) Все остальное - это приближение, наблюдая поведение 'черного ящика' извне. Даже если это приближение на 99.99%.

Согласен, что для 100% реверса необходима топология и доскональное знание особенностей техпроцесса (грубо говоря модель транзисторов). Только начиная с 2х металлических слоёв - дело затруднительное. С 4х - почти невозможное. Т.е. все современные микросхемы, вышедшие из середины 90х на 100% отреверсить нельзя, да и бессмысленно.
Например в процессорах начала 90х - первых Пентиумах, PowerPC, MIPS R4000+, Sparc используется 4х портовая память в большинстве случаев full custom design, т.е. netlist на транзисторном уровне используются проходные вентили, Dtype Latch и другие нехорошести. Т.е. даже если есть топология, реверс в синтезируемый RTL напрямую не получится. Проще взять готовую функциональную модель.

Пример из индустрии: ARM7 - не синтезируется (full custom design), ARM7S - синтезируется (semicustom design), MIPS32 синтезируется, ColdFire синтезируется. Но это только процессоры средней производительности синтезируются (обычно выпускаются fabless компаниями). Высокопроизводительные обычно нет (дизайн имеет динамическое управление по питанию на уровне регистров и TTA на транзистрорах, а также совершенно сумасшедшее управление тактовым сигналом для снижения динамического потребления).

Вывод: анализ топологии необходим и возможен, но только для сравнительно небольших микросхем (SoC до начала 90х).

Мы же все покупали и Cyrix586, и AMD486 вместо Intel, и не замечали разницы. Т.е. все программы работали. При этом и TI, и AMD, и NEXGEN не пользовались топологическим реверсом ядра Intel. Только функциональным, а какой результат!

И последнее, во всех фирмах сначала делают синхронную модель процессора (что ложится на ПЛИС), а потом разными формальными методами пытаются ускорить ее (и это уже на ПЛИС не ложится).

[AlexG]

Топологический реверс нужен чтобы из I8080A сделать кр580ик80. Да и то эта задача достаточно сложная.

Для него УЖЕ решена, как и некоторых других процессоров.