如何在“浏览器”里实现一个云端EDA

本文介绍了一种在浏览器里编辑代码、仿真、看log、看波形的方法。

django是一个由python实现的web后端框架。这里“后端”就是指在服务器上执行的程序（前端程序在浏览器里执行）。django采用了 MVT 的软件设计模式，即模型（Model），视图（View）和模板（Template）。这种MVT的设计思想让数据与表现形式分开，从而编写的程序更容易理解和维护。

django的结构大致如下图。简单地讲，浏览器提交的请求，经apache执行后，送给django。django先解析url，根据url调用不同view函数。view函数操作数据库，把数据填进模板得到html，view把html送回给浏览器。这里返回的信息不仅仅是html，也可以是text文本、json、图片、视频等各种格式的信息。

我们的云端EDA分为三部分：浏览器里的IDE（包括代码编辑器、log显示、波形查看、操作按钮等）、web后端实现（处理浏览器的请求、调用EDA服务器api执行、返回信息给浏览器等）、EDA服务器（接收web后端的eda指令，如编译、仿真等，调用eda）。

 要实现“浏览器里的IDE”，主要需要Javascript。代码编辑器只不过是一个加强版的textarea，实现了行号显示、代码高亮、自动缩进等功能。这部分有现成轮子可以调用，比如CodeMirror（https://codemirror.net）、Ace（https://ace.c9.io）等。

点击“仿真”之后发生了什么？

当代码写完，点击“Run”按钮后，浏览器把代码传输给web服务器，并将代码存储在指定的目录。这里的目录可以是“用户名+项目名”的形式，避免与其他用户或者其他项目冲突，也可以是“当前时间+随机数”的形式。在代码传输时，为了避免特殊字符，可以用base64将代码编码。如果需要减小传输数据量，可以先压缩后传输。

代码存储好后，django的view函数具体实现了仿真调用，比如用subprocess.Popen()，后台调用eda服务器的相关api（简单的，可以只是一个sim脚本）。这里一般有几点需要注意：

1. view函数要做成异步执行，即eda开始仿真后，立即返回信息通知浏览器。仿真过程可能持续很长时间，比如几分钟、几个小时，浏览器不可能一直等在那里。

2. 在仿真的过程中，需要实时显示仿真的状态，比如浏览器里能实时显示log。因为上面把仿真设成异步了，就需要浏览器定时查询。比如每2秒或者5秒，查询仿真的log和状态。

3. 当然浏览器里也可以用websocket来实现。用websocket有一个好处，就是不会超时，并且服务器可以主动给浏览器发消息。这样就避免了定时查询带来的资源浪费。

下面来讨论另一个问题：如何实现在浏览器里查看仿真波形？

查看波形仍然是当前数字设计和验证最有效、最直观的调试方法。但VCD波形一般比较大，很难直接传递给浏览器，另外也会有很长时间的延迟，影响使用体验。

几种可能的解决方案：

1.  压缩。压缩成tar.gz，或者其它自定义的格式。如果压缩后小于5MB，就会感觉不到延迟。如果压缩后20MB，就会要稍微等一会儿。如果是100M，就需要等较长时间。当然压缩后100M也可以存储很多波形信息了，可以应付常见的模块级设计。

2. 波形切片。在服务器仿真时把波形存储很多小文件，比如10M左右。用户浏览波形时，需要看前面或者后面的波形时，可以点“向前”或“向后”的按钮从服务器快速加载。因为文件小，所以速度也快。但有一个问题，就是需要缩放时，比如缩放到full，需要加载全部波形，这会变得很慢。

3. 另外一种可行的方案，浏览器把开始时间、结束时间、波形显示窗口宽度告诉服务器，在服务器端把指定时间段的波形截出来，并处理成浏览器可以显示的大小的图片。这样服务器把处理后的图片传送给浏览器，一般这样的矢量图片，可以控制在几十K以内。浏览器收到后，直接显示。当然浏览器需要实现时间刻度和鼠标的放大、缩小、划选等操作，触发这些操作后，从服务器重新取一幅矢量图替换掉，这样就实现了波形的放大和缩小。

综上，方案3是最可行的方案，能满足几乎所有的设计场景。有人担心这个服务器端的波形处理程序会不会太占资源或者太慢？其实，我们可以这样想，一台服务器上同时开着20个Verdi肯定不慢。这里的波形处理程序也同样可以用C/C++来实现，不一定要用python。

这样，我们就简单实现了在浏览器里仿真和调试。

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