SoC設(shè)計之虛擬原型技術(shù)詳解

摘要

近期SoC的開發(fā)使虛擬原型對于軟件和模型開發(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(shù)量不斷增長的開發(fā)團隊將更高質(zhì)量的軟件解決方案快速推向市場。

開發(fā)復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)是一門越來越昂貴的生意。根據(jù)研究公司IBS調(diào)查結(jié)果：系統(tǒng)級芯片(SoC)的開發(fā)成本從90納米的兩千萬美元飆升到32納米的接近一億美元，同時軟件開發(fā)成為開銷增長最快的部分。通常，56%的嵌入式項目會被拖延，因為開發(fā)人員要花費將近四分之一的時間來進(jìn)行測試和除錯。此外，軟件糾錯在許多項目中成為了開發(fā)人員面對的一個關(guān)鍵問題，并且被看作是一個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)入市場的公司則擁可有更高的產(chǎn)量，并且一直保持著大幅度的增長。在一個兩年半的開發(fā)周期中將軟件開發(fā)提速縮減7個月的時間，則在產(chǎn)品生命周期中可以額外增加5千萬美元的收益(如圖2)。

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

在虛擬原型驗證解決方案出現(xiàn)在市場上的幾年間，軟件復(fù)雜度的增加以及開發(fā)成本的暴增正在驅(qū)動著主流用戶對其的需求。

什么是虛擬原型?

虛擬原型是被開發(fā)系統(tǒng)的快速且具有完整功能的軟件模型。因為虛擬原型可以執(zhí)行未修改的產(chǎn)品代碼，工程師不需要等到硬件(芯片或開發(fā)板)完成就可以開發(fā)軟件。相對于傳統(tǒng)的方法，這能夠為軟件開發(fā)團隊在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時帶來9~12個月的優(yōu)勢，并且在硬件真正完成時更易于配置系統(tǒng)。一旦硬件得以實現(xiàn)，虛擬原型可被用來調(diào)試發(fā)現(xiàn)難以查找的問題，為開發(fā)過程提供了更多的系統(tǒng)級可見度。

虛擬原型通過結(jié)合軟件行為與硬件來提供一種平臺級視圖來加速軟件糾錯。這種視圖使開發(fā)人員能夠在數(shù)小時之內(nèi)就能夠辨識出缺陷的根本原因，而不是數(shù)天或數(shù)周。開發(fā)人員可以設(shè)置和重設(shè)硬件寄存器的值，停止和啟動調(diào)試周期，或者在一個特定的、有問題的區(qū)域內(nèi)放大觀察，而無需對軟件進(jìn)行大的改變。

因為它們將硬件和軟件相連，虛擬原型使設(shè)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(guī)格或闡釋錯誤，并在整個硬件上使用各種軟件驅(qū)動的腳本來驗證系統(tǒng)。

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

易于使用，易于導(dǎo)入

盡管虛擬原型技術(shù)被越來越多地采用，一些開發(fā)人員仍然堅持他們的觀點，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)界一直以來都在努力克服這些曾經(jīng)存在的導(dǎo)入障礙。

快速而準(zhǔn)確的事務(wù)級模型的出現(xiàn)是成功的虛擬原型的關(guān)鍵?，F(xiàn)在許多處理器供應(yīng)商都發(fā)布虛擬模型以實現(xiàn)與其最新的內(nèi)核的匹配。例如，Synopsys自有的DesignWare 知識產(chǎn)權(quán)(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(yīng)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(nèi)核和子系統(tǒng)。

另一項已落實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，它被稱為TLMCentral。TLMCentral是事務(wù)級模型的一個行業(yè)性網(wǎng)絡(luò)門戶，可為全行業(yè)提供多達(dá)970種模型。它為模型開發(fā)人員、架構(gòu)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(tǒng)級和軟件開發(fā)社群相關(guān)的新聞、論壇和博客提供了一個集中的基礎(chǔ)平臺。

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

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