我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及到更多協(xié)議和數(shù)十億門(mén)設(shè)計(jì)，還要最大程度降低能耗，軟件也變得日益繁多復(fù)雜，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，還存在數(shù)百個(gè)交換機(jī)和路由器端口，因此我們需要可擴(kuò)展的虛擬硬件仿真。

我們需要進(jìn)行大量驗(yàn)證，來(lái)設(shè)計(jì)用于組成物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 和網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)。這些都是非常復(fù)雜的大規(guī)模設(shè)計(jì)。它們使用大量的軟件，而且必須滿足嚴(yán)格的低功耗要求。因此，它們需要經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證周期，才能得到充分的運(yùn)用和調(diào)試。

IoT 設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的五大特征對(duì)驗(yàn)證工作具有重大影響。這兩種設(shè)計(jì)具有以下四大共同特征：“每顆芯片實(shí)現(xiàn)更多的協(xié)議”會(huì)更好、設(shè)計(jì)規(guī)模更大且更加復(fù)雜、對(duì)低功耗的要求更高，以及更多軟件。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還面臨著第五個(gè)挑戰(zhàn)：交換機(jī)和路由器端口的數(shù)量持續(xù)增加。

圖 1.IoT 設(shè)計(jì)面臨的四大難題 (Mentor Graphics)。

只有硬件仿真才能夠提供足夠的容量、速度和功能，讓您能夠高效地完成大量驗(yàn)證。現(xiàn)在，我們還需要認(rèn)真考慮應(yīng)該如何使用硬件仿真。傳統(tǒng)的電路內(nèi)仿真(ICE)不僅無(wú)法支持迅速增長(zhǎng)的互聯(lián)網(wǎng)芯片端口數(shù)的需求，對(duì)于測(cè)試IoT設(shè)備上的眾多接口協(xié)議也不實(shí)用。我們需要舍棄傳統(tǒng)的電路內(nèi)仿真，而轉(zhuǎn)向以軟件為中心的虛擬硬件仿真。

首先，我們將討論這些挑戰(zhàn)，然后再介紹它們的解決方案。

IoT 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)

1.每個(gè)芯片需承載更多協(xié)議

由于更多應(yīng)用程序和功能需要同時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)，因此每個(gè)設(shè)備所使用的協(xié)議數(shù)量在不斷增加。例如，手機(jī)需要連接到云存儲(chǔ)空間、播放流媒體格式的音視頻、運(yùn)行各種應(yīng)用程序以及撥打接聽(tīng)電話和收發(fā)文本信息。

所有這些協(xié)議本身可能非常復(fù)雜。但因?yàn)樵诓煌瑓f(xié)議之間以及它們與設(shè)計(jì)的其余部分之間存在如此多的通信和交互，因此它們會(huì)呈現(xiàn)出許多棘手的需要檢查甚至調(diào)試的場(chǎng)景和邊界情況。

將所有這些協(xié)議都置于單個(gè) SoC 上，將會(huì)大幅增加硬件復(fù)雜度。芯片的內(nèi)外部通信協(xié)議越多，驗(yàn)證設(shè)計(jì)所需的驗(yàn)證周期就越長(zhǎng)。

圖 2.IoT 提高了每顆芯片的協(xié)議使用要求(Mentor Graphics)。

2.設(shè)計(jì)規(guī)模更大

設(shè)計(jì)規(guī)模更大的協(xié)議集成會(huì)增加復(fù)雜度和尺寸。此外，各種功能、多處理器和嵌入式軟件也會(huì)增加其復(fù)雜度和尺寸。消費(fèi)者希望產(chǎn)品能夠處理更多功能。這些設(shè)備必須提供集成的數(shù)字、音頻、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)功能，且始終保持運(yùn)行和連接狀態(tài)。

集成的功能數(shù)量越多，運(yùn)行的并發(fā)性也就越高。這使得驗(yàn)證系統(tǒng)變得越發(fā)困難，因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)可能包含數(shù)十億門(mén)。因此，我們必須重新考慮驗(yàn)證技術(shù)，這是不言而喻的。

圖 3.更多集成、多功能、多處理器、嵌入式軟件提高了復(fù)雜性(Mentor Graphics)。

3.功耗更低

設(shè)計(jì)決策需要考慮到功耗、面積和性能。IoT設(shè)計(jì)尤其重視功耗。這使得系統(tǒng)級(jí)功耗分析和管理成為一項(xiàng)重要工作。

在設(shè)計(jì)流程早期提供精確功耗分析的驗(yàn)證解決方案，有助于確保您的設(shè)計(jì)決策能夠顯著降低能耗。此類分析的準(zhǔn)確度取決于測(cè)量會(huì)最終在SoC上運(yùn)行的特定應(yīng)用場(chǎng)景的功耗。這正是傳統(tǒng)基于測(cè)試平臺(tái)的驗(yàn)證方法的不足之處。我們需要一種更好的方法，來(lái)提供符合IoT 設(shè)計(jì)人員需求的分析。

圖 4.數(shù)據(jù)軟件仿真測(cè)試平臺(tái)無(wú)法捕獲精確的功耗測(cè)量數(shù)據(jù)(Mentor Graphics)。

4.更高端的軟件內(nèi)容

在軟件模擬器上運(yùn)行傳統(tǒng)軟件驗(yàn)證正逐漸被淘汰。軟件仿真進(jìn)展太慢，無(wú)法對(duì)運(yùn)行數(shù)十億周期或數(shù)據(jù)幀的SoC 執(zhí)行充分的壓力測(cè)試。如果設(shè)計(jì)人員完全或很大程度地依賴軟件仿真，他們就不得不在功能方面做出妥協(xié)。他們不能完全理解系統(tǒng)或SoC 中究竟發(fā)生了什么情況，因?yàn)樗麄儫o(wú)法生成和隔離可能在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)致問(wèn)題的邊界情況。

同樣，較多的軟件內(nèi)容會(huì)大大增加SoC 的開(kāi)發(fā)成本，因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)法則，軟件要求為每位硬件工程師配備五到十名軟件工程師。這些軟件工程師需要盡可能高效地執(zhí)行相關(guān)驗(yàn)證。

您的編程團(tuán)隊(duì)需要一種能夠提升OS 性能的驗(yàn)證解決方案，并在硬件原型可用之前于目標(biāo)硬件上運(yùn)行軟件應(yīng)用程序。并且該解決方案還需具備執(zhí)行全面驗(yàn)證軟件所需的數(shù)十億周期的容量和速度。

圖 5.增加軟件內(nèi)容可推動(dòng)SoC開(kāi)發(fā)和成本節(jié)約 (Mentor Graphics)。

5.增加網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器活動(dòng)

IoT 正在不斷推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，因?yàn)橄M(fèi)者需要更多的帶寬、更加豐富的多媒體，以及更多視頻流和音頻流。因此，網(wǎng)絡(luò)公司必須提供更高的帶寬、更優(yōu)異的計(jì)算性能以及更多專注于內(nèi)容的應(yīng)用程序。業(yè)界正在擴(kuò)展和/或推出以太網(wǎng)和其他網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)以滿足這些需求，并通過(guò)更快速的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和更多端口來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

例如，為滿足需求而產(chǎn)生的大量網(wǎng)絡(luò)配置迫使較新網(wǎng)絡(luò)芯片的開(kāi)發(fā)人員不得不將數(shù)以千計(jì)的以太網(wǎng)端口置于單個(gè)SoC 上。如此一來(lái)，在一個(gè)硬件測(cè)試環(huán)境中為所有這些端口提供連接就變得幾乎不可能。因此，網(wǎng)絡(luò)公司需要在軟件中采取某種方式來(lái)實(shí)施他們的設(shè)計(jì)。

針對(duì) IoT網(wǎng)絡(luò)以硬件仿真為主的驗(yàn)證

當(dāng)今的硬件和軟件需要大量的驗(yàn)證。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作不會(huì)變得更加簡(jiǎn)單，而只會(huì)變得日益困難。要記住，開(kāi)發(fā)人員需要在不斷縮短的時(shí)間期限內(nèi)開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品，這也會(huì)加大開(kāi)發(fā)難度。那么，硬件仿真如何幫助您應(yīng)對(duì)這些壓力呢？為什么硬件仿真會(huì)成為驗(yàn)證過(guò)程的一個(gè)“必需”環(huán)節(jié)？

Mentor Graphics 仿真團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，改進(jìn)復(fù)雜IoT 和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)驗(yàn)證的最佳方式是使用Veloce 平臺(tái)來(lái)重復(fù)IoT 公司進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程。這種方法包括斷開(kāi)運(yùn)行于手機(jī)和其他產(chǎn)品上的應(yīng)用程序與硬件和操作系統(tǒng)間的關(guān)系。此方法是可行的，因?yàn)樽罱K用戶往往比較關(guān)注自己想要使用的應(yīng)用程序，并希望這些應(yīng)用程序可以在其所擁有的任何操作系統(tǒng)或設(shè)備上都可以運(yùn)行。