SoC設計之虛擬原型技術(shù)詳解

摘要

近期SoC的開(kāi)發(fā)使虛擬原型對于軟件和模型開(kāi)發(fā)人員都更易于使用。本文闡述了虛擬原型驗證技術(shù)將如何幫助數量不斷增長(cháng)的開(kāi)發(fā)團隊將更高質(zhì)量的軟件解決方案快速推向市場(chǎng)。

開(kāi)發(fā)復雜的嵌入式系統是一門(mén)越來(lái)越昂貴的生意。根據研究公司IBS調查結果：系統級芯片(SoC)的開(kāi)發(fā)成本從90納米的兩千萬(wàn)美元飆升到32納米的接近一億美元，同時(shí)軟件開(kāi)發(fā)成為開(kāi)銷(xiāo)增長(cháng)最快的部分。通常，56%的嵌入式項目會(huì )被拖延，因為開(kāi)發(fā)人員要花費將近四分之一的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測試和除錯。此外，軟件糾錯在許多項目中成為了開(kāi)發(fā)人員面對的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，并且被看作是一個(gè)項目能否取得成功的最重要的部分。

另一方面，那些較早進(jìn)入市場(chǎng)的公司則擁可有更高的產(chǎn)量，并且一直保持著(zhù)大幅度的增長(cháng)。在一個(gè)兩年半的開(kāi)發(fā)周期中將軟件開(kāi)發(fā)提速縮減7個(gè)月的時(shí)間，則在產(chǎn)品生命周期中可以額外增加5千萬(wàn)美元的收益(如圖2)。

于是，順理成章的是越來(lái)越多的軟件團隊會(huì )欣然接受一些可以幫助他們加速開(kāi)發(fā)周期和編寫(xiě)更高質(zhì)量代碼的技術(shù)和流程。然后，當需要抉擇時(shí)他們可以繼續使用這些技術(shù)，如董事會(huì )會(huì )因為對更好的開(kāi)發(fā)人員產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作的賞識而給開(kāi)發(fā)人員一種優(yōu)勢。

在虛擬原型驗證解決方案出現在市場(chǎng)上的幾年間，軟件復雜度的增加以及開(kāi)發(fā)成本的暴增正在驅動(dòng)著(zhù)主流用戶(hù)對其的需求。

什么是虛擬原型?

虛擬原型是被開(kāi)發(fā)系統的快速且具有完整功能的軟件模型。因為虛擬原型可以執行未修改的產(chǎn)品代碼，工程師不需要等到硬件(芯片或開(kāi)發(fā)板)完成就可以開(kāi)發(fā)軟件。相對于傳統的方法，這能夠為軟件開(kāi)發(fā)團隊在開(kāi)發(fā)嵌入式系統時(shí)帶來(lái)9~12個(gè)月的優(yōu)勢，并且在硬件真正完成時(shí)更易于配置系統。一旦硬件得以實(shí)現，虛擬原型可被用來(lái)調試發(fā)現難以查找的問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)過(guò)程提供了更多的系統級可見(jiàn)度。

虛擬原型通過(guò)結合軟件行為與硬件來(lái)提供一種平臺級視圖來(lái)加速軟件糾錯。這種視圖使開(kāi)發(fā)人員能夠在數小時(shí)之內就能夠辨識出缺陷的根本原因，而不是數天或數周。開(kāi)發(fā)人員可以設置和重設硬件寄存器的值，停止和啟動(dòng)調試周期，或者在一個(gè)特定的、有問(wèn)題的區域內放大觀(guān)察，而無(wú)需對軟件進(jìn)行大的改變。

因為它們將硬件和軟件相連，虛擬原型使設計團隊能夠更高效地溝通。使用者可以識別和糾正潛在的規格或闡釋錯誤，并在整個(gè)硬件上使用各種軟件驅動(dòng)的腳本來(lái)驗證系統。

虛擬原型還可以通過(guò)提升測試覆蓋率來(lái)提高質(zhì)量。開(kāi)發(fā)人員可以進(jìn)行更多的邊界測試，更好地理解問(wèn)題的潛在根本原因，以及通過(guò)生成和自動(dòng)地對軟件和硬件進(jìn)行基于腳本的測試。

易于使用，易于導入

盡管虛擬原型技術(shù)被越來(lái)越多地采用，一些開(kāi)發(fā)人員仍然堅持他們的觀(guān)點(diǎn)，即虛擬原型技術(shù)很難使用和部署到他們的流程中。但是，業(yè)界一直以來(lái)都在努力克服這些曾經(jīng)存在的導入障礙。

快速而準確的事務(wù)級模型的出現是成功的虛擬原型的關(guān)鍵?，F在許多處理器供應商都發(fā)布虛擬模型以實(shí)現與其最新的內核的匹配。例如，Synopsys自有的DesignWare 知識產(chǎn)權(IP)庫包含了完整的接口IP解決方案，由控制器、物理層(PHY)和驗證IP組成，可適應于各種廣為使用的協(xié)議、模擬IP、嵌入式存儲器、邏輯庫、處理器內核和子系統。

另一項已落實(shí)到位的重要資源是行業(yè)性的事務(wù)級模型(TLM)列表網(wǎng)站，它被稱(chēng)為T(mén)LMCentral。TLMCentral是事務(wù)級模型的一個(gè)行業(yè)性網(wǎng)絡(luò )門(mén)戶(hù)，可為全行業(yè)提供多達970種模型。它為模型開(kāi)發(fā)人員、架構師和軟件工程師提供了一條在模型與建模方法上進(jìn)行合作以及虛擬原型推廣方面的途徑。TLMCentral為與系統級和軟件開(kāi)發(fā)社群相關(guān)的新聞、論壇和博客提供了一個(gè)集中的基礎平臺。

最終，通過(guò)引入其Virtualizer Development Kit(VDK)，Synopsys為軟件開(kāi)發(fā)人員將虛擬原型演化成一套現成可用的參考開(kāi)發(fā)工具包。這樣可將工具及開(kāi)發(fā)人員熟知的SoC的參考虛擬原型交到軟件開(kāi)發(fā)人員的手中，用以測試驅動(dòng)、擴展和進(jìn)行定制。

這些資源為開(kāi)發(fā)人員建立模型帶來(lái)了一個(gè)良好的開(kāi)端，使他們能夠為他們的設計填充許多需要使用的已存在的模型，而不必從頭開(kāi)始去創(chuàng )造他們。