如何加快網(wǎng)絡(luò )設計驗證的速度？

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )供應商也受到了巨大的影響。畢竟，如果沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )基礎設施的支持，IoT 也將不復存在。造成的其中一個(gè)后果便是網(wǎng)絡(luò )設備中以太網(wǎng)端口數量的顯著(zhù)增加。

　　今天，以太網(wǎng)交換機和路由器已達到 256 個(gè)端口（到年底將會(huì )增加到 1024 個(gè)端口），而且它們可處理高達 120 Gb/s 的流量。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )交換的延遲也在持續下降中，最低延遲已降至 1 µs。所有這些因素促使如今的網(wǎng)絡(luò )交換機和路由器芯片成為有史以來(lái)最大規模的芯片，達到了五億門(mén)級。在流片完成之前驗證此類(lèi)復雜 IC 設計是一項難以完成的任務(wù)。我們來(lái)考慮下具有 128 端口以太網(wǎng)接口的 SoC 設計。

　　盡管可以在塊級別使用 HDL 軟件仿真時(shí)，用仿真流量來(lái)驗證數億門(mén)級的整個(gè)設計顯得不合實(shí)際，而且必然會(huì )被淘汰。這是一個(gè)在電路內模擬 （In-Circuit-EmulaTIon ICE） 模式中采用硬件模擬的主要案例。然而，ICE 配置需要對每個(gè)端口使用一個(gè)以太網(wǎng)測試儀。由于速度上的不匹配，測試儀和硬件仿真器不能直接連接，需要在兩者之間插入速率適配器。

　　例如，我們的128 端口設計的測試設置需要 128 個(gè)以太網(wǎng)測試儀和 128 個(gè)以太網(wǎng)速度適配器，以及將其連接起來(lái)的所有接線(xiàn)（圖 1）。除了錯綜復雜的布線(xiàn)、潛在的硬件不可靠性、整體開(kāi)支外，整個(gè)設置只能支持一位用戶(hù)在現場(chǎng)調試。遠程訪(fǎng)問(wèn)根本無(wú)法實(shí)現，因為遠程需要進(jìn)行人為操作，為不同的用戶(hù)配置不同的誓言環(huán)境。

　　這種協(xié)議激勵建模環(huán)境的局限性早在幾年前就已顯現出，因而才有必要創(chuàng )建一個(gè)由軟件控制的環(huán)境，用于生成、傳輸和分析以太網(wǎng)數據包，從而對硬件仿真平臺內映射的以太網(wǎng) SoC 進(jìn)行測試。通過(guò)軟件仿真方法，一般每天可驗證 1，000 個(gè)數據包，而硬件仿真的處理量可達到 1，100 萬(wàn)以上。

　　在此場(chǎng)景中，以太網(wǎng)測試儀模型運行于連接到硬件仿真器的Linux工作站上?；诔墒斓膶?shí)現 IP，模型準確再現了實(shí)際的物理測試儀。這種虛擬測試儀包括以太網(wǎng)數據包生成器和監視器 （EPGM），可以為 1G、10G、40G/100G 和 120G 網(wǎng)絡(luò )分別配置 GMII、XGMII、XLGMII/CGMII 和 CXGMII 接口。每個(gè)支持的MII端口都需要一個(gè) xRTL 事務(wù)處理器（圖 2）。

　　圖 1. 一個(gè)使用 ICE 驗證的 128 端口以太網(wǎng)交換機

　　多個(gè)工作站的多個(gè)測試儀應用可以組合在一起，制成多個(gè)協(xié)同模型，從而支持大端口計數配置。采用高速鏈路 （HSL） 卡將各個(gè)工作站的協(xié)同模型連接到硬件仿真器中。高度集成的傳輸機制為時(shí)鐘性能的最大化作了優(yōu)化，并且它對測試平臺來(lái)說(shuō)是透明的。由于運行和調試是并行的，數據平面硬件仿真流量會(huì )隨端口數呈線(xiàn)性增長(cháng)。

　　此方法還有其他幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)可快速重新配置虛擬測試儀，以便執行各項功能。其次，工作站是穩定可靠的設備，只占同等功能的復雜以太網(wǎng)測試儀的一小部分成本。更重要的是，其能支持多個(gè)并發(fā)用戶(hù)，在大型軟件開(kāi)發(fā)團隊備份時(shí)特別有用。最后同樣重要的是，可以將硬件仿真數據中心當作企業(yè)級硬件仿真資源使用。

　　此方法同樣非常適合于復雜測試場(chǎng)景的生成和監控。采用交互和批處理模式 TCL 命令界面來(lái)控制所有MAC并生成各種各樣的協(xié)議和數據。每種協(xié)議可以以不同的數據長(cháng)度或者隨機的數據長(cháng)度按百分比混合。數據包傳輸仲裁策略包括多種算法：如 WRR、DWRR、SO 和 Random 等。

　　圖 2. VirtuaLAB 以太網(wǎng)環(huán)境

　　其還支持復雜交換拓撲的壓力測試和錯誤注入。協(xié)議和性能違規均可報告出來(lái)。數據包可以在交互或批處理模式中進(jìn)行分析，以檢查數據包統計、Tx/Rx 跟蹤、元數據、時(shí)間戳以及線(xiàn)路中的所有內容。

　　硬件仿真的標志之一是，它能對大型復雜系統進(jìn)行復雜性能分析。某些情況下，可能需要數百萬(wàn)個(gè)數據包才能切中當前設計中穩態(tài)分析的要點(diǎn)。以測量百萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機的流量比特率為例?？梢圆捎锰摂M以太網(wǎng)簽名生成和數據包時(shí)間戳 （TS） 來(lái)計算這些測量。

　　圖 3. 采用硬件仿真，各端口的測量可以在一小時(shí)內完成

　　在大量端口數的設備軟件仿真中，像這樣每個(gè)端口每個(gè)流量的測量都可以輕易耗費一周的時(shí)間。但通過(guò)硬件仿真方法，同樣的測量在一小時(shí)內就能完成。