系統(tǒng)級(jí)環(huán)境提高了開(kāi)發(fā)人員的工作效率并更早地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，為架構(gòu)分析、硬件/軟件協(xié)同開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)驗(yàn)證提供了一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。模型為任何系統(tǒng)級(jí)平臺(tái)提供了支柱；然而，開(kāi)發(fā)這些模型所涉及的困難和費(fèi)用限制了虛擬平臺(tái)的采用。Andy 描述了有效建模策略對(duì)虛擬平臺(tái)開(kāi)發(fā)的重要性。

在過(guò)去的幾年里，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)和方法論小組更加重視平臺(tái)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)技術(shù)。更短的產(chǎn)品生命周期和更高的上市時(shí)間壓力迫使公司投資于設(shè)計(jì)周期早期可用的系統(tǒng)級(jí)平臺(tái)。此外，向利用傳統(tǒng)和第三方 IP 的片上系統(tǒng) （SoC） 設(shè)計(jì)技術(shù)的過(guò)渡為系統(tǒng)級(jí)建模提供了更好的結(jié)構(gòu)和方法。同時(shí)，越來(lái)越多的嵌入式軟件和固件內(nèi)容已將生產(chǎn)產(chǎn)品所需的大部分資源重新定位到軟件領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，這意味著大部分開(kāi)發(fā)過(guò)程在設(shè)計(jì)流程的后期轉(zhuǎn)移，從而增加了進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。

虛擬平臺(tái)有助于解決這些日益復(fù)雜的問(wèn)題、市場(chǎng)壓力和內(nèi)容變化。盡管一些工程師已經(jīng)詳細(xì)描述了這些平臺(tái)的好處，但確定合適的建模方法通常留給讀者作為練習(xí)。為了闡明虛擬平臺(tái)的這一方面，以下討論將分析適當(dāng)建模技術(shù)的不同方面。

具有諷刺意味的是，雖然模型為任何系統(tǒng)級(jí)平臺(tái)提供了支柱，但與開(kāi)發(fā)這些模型相關(guān)的困難和費(fèi)用限制了虛擬平臺(tái)的采用。此外，建模和支持工作消耗了開(kāi)發(fā)和支持這些平臺(tái)的大部分成本。

模型抽象級(jí)別

對(duì)于本次討論，模型可以分為四個(gè)不同的部分：時(shí)序、功能、可尋址狀態(tài)和接口。模型的四個(gè)部分中的每一個(gè)都可以在不同的抽象級(jí)別上有所不同，從高級(jí)行為描述到實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。直接從反映真實(shí)設(shè)計(jì)行為的設(shè)計(jì)描述創(chuàng)建的模型稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)精確模型。表 1 中的建模堆棧顯示了最高和最低極端之間的連續(xù)抽象。

表格1

與大多數(shù)與計(jì)算相關(guān)的應(yīng)用程序一樣，提高準(zhǔn)確性對(duì)降低執(zhí)行速度有直接影響。這與建模沒(méi)有什么不同。提高模型的準(zhǔn)確性需要更多的處理并降低執(zhí)行速度。

此外，提高模型準(zhǔn)確性與創(chuàng)建和支持模型所需的工作量和時(shí)間直接相關(guān)。找到適當(dāng)?shù)乃俣扰c準(zhǔn)確性權(quán)衡對(duì)于實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足虛擬平臺(tái)用戶(hù)需求并限制開(kāi)發(fā)和維護(hù)平臺(tái)所需工作量的建模范例至關(guān)重要。

一方面，硬件工程師需要實(shí)現(xiàn)精確的模型來(lái)驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)。另一方面，應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)人員可以使用高級(jí)行為模型。在這兩個(gè)極端之間存在較低級(jí)別的軟件，包括操作系統(tǒng) （OS）、驅(qū)動(dòng)程序、固件以及架構(gòu)和性能分析。

應(yīng)用軟件工程師最關(guān)心的是開(kāi)發(fā)他們的應(yīng)用程序并擁有一個(gè)高效的調(diào)試環(huán)境。他們不需要詳細(xì)模型的準(zhǔn)確性；他們的代碼很少接觸到實(shí)際的硬件，因?yàn)樗謱釉谄渌浖稀５牵谀承┣闆r下，應(yīng)用軟件工程師可能需要了解需要更高準(zhǔn)確性的簡(jiǎn)單性能指標(biāo)。

與應(yīng)用程序代碼不同，操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)涉及硬件；因此，開(kāi)發(fā)這些組件的人員需要更高的準(zhǔn)確度來(lái)了解他們的軟件和底層硬件如何交互。他們可以用速度換取更高的準(zhǔn)確性，因?yàn)樗麄兊拇a庫(kù)比應(yīng)用軟件工程師的代碼庫(kù)要小。不定時(shí)行為模型可能對(duì)早期開(kāi)發(fā)有用，但最終，操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)人員必須了解他們的軟件如何使用更準(zhǔn)確的模型工作，以確保整個(gè)系統(tǒng)（硬件和軟件）能夠協(xié)同工作。

固件工程師開(kāi)發(fā)與硬件交互的代碼——引導(dǎo)代碼、自檢、診斷和控制臺(tái)。鑒于與硬件的這種高度交互和對(duì)硬件的依賴(lài)，這些工程師很少使用不準(zhǔn)確的模型。他們可以交換模型速度以獲得更高的準(zhǔn)確性，因?yàn)樗麄兊能浖幱谧畹图?jí)別，并且與更高級(jí)別的軟件相比通常很小。調(diào)整低級(jí)固件和驅(qū)動(dòng)程序軟件性能還需要周期精確的模型來(lái)了解對(duì)硬件的時(shí)序依賴(lài)性以及資源瓶頸。

架構(gòu)師需要了解他們的硬件/軟件分區(qū)、IP 選擇、總線架構(gòu)、內(nèi)存架構(gòu)和整體架構(gòu)決策如何影響與性能、面積和功耗相關(guān)的系統(tǒng)。他們還必須了解管道效應(yīng)、延遲、吞吐量、帶寬和活動(dòng)。不按建筑師計(jì)劃執(zhí)行的最終設(shè)計(jì)可能會(huì)極大地影響產(chǎn)品的成本、性能和進(jìn)度。因此，架構(gòu)師必須使用高度準(zhǔn)確的模型來(lái)驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)，以建立對(duì)其決策的信心。硬件工程師必須有實(shí)現(xiàn)精確的模型；任何其他級(jí)別的精度都不適合驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

所有模型的單一抽象級(jí)別并不總是適用于所有情況。例如，考慮內(nèi)存架構(gòu)權(quán)衡的架構(gòu)師可能會(huì)嘗試分析每個(gè)預(yù)期內(nèi)存子系統(tǒng)的內(nèi)存延遲和吞吐量。在這種情況下，架構(gòu)師可能需要高度精確的內(nèi)存控制器和內(nèi)存接口模型，以確保他們完全了解性能。系統(tǒng)的其余部分可以在更抽象的層次上建模，因?yàn)樗鼘?duì)分析并不重要。使用支持混合抽象級(jí)別并為不同抽象級(jí)別的模型啟用即插即用的模型方法有助于優(yōu)化執(zhí)行速度和分析準(zhǔn)確性。

最后，在考慮所有可能的用例時(shí)，工程師應(yīng)注意平臺(tái)很少只針對(duì)一種類(lèi)型的用戶(hù)。更常見(jiàn)的是創(chuàng)建一個(gè)虛擬平臺(tái)來(lái)滿(mǎn)足多種類(lèi)型用戶(hù)的需求，從軟件開(kāi)發(fā)人員到架構(gòu)師，在某些情況下，還包括硬件設(shè)計(jì)人員。因此，平臺(tái)內(nèi)必須支持不同的抽象級(jí)別。

互操作性和兼容性

在創(chuàng)建建模方法時(shí)，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)確保模型彼此可互操作，跨抽象層分布，并與各種平臺(tái)和第三方工具兼容。一致性對(duì)于保證不同模型開(kāi)發(fā)人員創(chuàng)建的模型相互兼容也很重要。

雖然并不完美，但標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)支持各種模型抽象并提供與不同平臺(tái)和第三方工具的兼容性，有助于增加模型之間的一致性、兼容性和互操作性。

SystemC 等建模語(yǔ)言提供了連接和執(zhí)行不同模型的基礎(chǔ)平臺(tái)。SystemC 提供了支持多個(gè)抽象級(jí)別和通信接口的靈活性。將 SystemC 與接口標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，例如由 Open SystemC Initiative （OSCI） 開(kāi)發(fā)的提議的事務(wù)級(jí)建模 （TLM） 2.0 規(guī)范，提供了一個(gè)環(huán)境，該環(huán)境保持與各種建模元素和抽象的兼容性，并使它們彼此可互操作，并且其他平臺(tái)。

此外，當(dāng)從不同的抽象級(jí)別細(xì)化模型時(shí)，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該盡可能多地重用從一個(gè)模型到另一個(gè)模型的信息，并從一個(gè) IP 塊的一個(gè)修訂版本到另一個(gè)重用建模信息。一致的方法和標(biāo)準(zhǔn)提供了完成這些任務(wù)的機(jī)制。開(kāi)發(fā)人員還可以重用接口、狀態(tài)訪問(wèn)機(jī)制和從一個(gè)模型到另一個(gè)模型的時(shí)間。Spirit IP-XACT（來(lái)自 SPIRIT 聯(lián)盟的 IP 元數(shù)據(jù)規(guī)范）等標(biāo)準(zhǔn)可以幫助開(kāi)發(fā)人員導(dǎo)入和導(dǎo)出配置信息，并檢查模型修訂和抽象之間的差異。

不能保證不同模型和抽象之間的互操作性或提供與其他平臺(tái)和第三方工具的兼容性的建模方法不適用于大多數(shù)項(xiàng)目。事實(shí)上，缺乏互操作性和兼容性已經(jīng)減緩了嵌入式行業(yè)對(duì)虛擬平臺(tái)的采用。

滿(mǎn)足供應(yīng)鏈需求

在整個(gè)供應(yīng)鏈中提供模型的需求不斷增長(zhǎng)，這強(qiáng)化了互操作性、兼容性和標(biāo)準(zhǔn)的重要性。IP 提供商必須提供其 IP 的早期模型，因?yàn)榭蛻?hù)需要能夠?yàn)樗麄兊漠a(chǎn)品選擇合適的 IP。如果沒(méi)有合適的模型，客戶(hù)就無(wú)法知道哪種 IP 最適合他們的系統(tǒng)。客戶(hù)還需要一個(gè)用于他們自己的開(kāi)發(fā)（架構(gòu)、硬件和軟件）的平臺(tái)，以便用正確的產(chǎn)品進(jìn)入他們的市場(chǎng)窗口。

任何支持跨供應(yīng)鏈交付 IP 的建模方法都必須考慮到這一點(diǎn)。IP 必須與最終客戶(hù)的平臺(tái)和模型兼容，同時(shí)提供安全性并且不受逆向工程的影響。

打破建模障礙

一個(gè)經(jīng)過(guò)深思熟慮的建模方法可以克服虛擬平臺(tái)采用的障礙，并確保用戶(hù)獲得虛擬平臺(tái)可以提供的所有價(jià)值。虛擬平臺(tái)建模應(yīng)支持各種抽象級(jí)別的模型、模型即插即用以及互操作性、兼容性和重用標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)需要提供工具，以跨各種抽象級(jí)別以一致的方式自動(dòng)支持模型生成。這些工具必須包含標(biāo)準(zhǔn)并保留開(kāi)發(fā)人員對(duì)其模型的投資。要求應(yīng)：

提高模型開(kāi)發(fā)人員的工作效率

重用來(lái)自遺留模型或不同抽象級(jí)別的模型的信息

支持標(biāo)準(zhǔn)以確保互操作性和模型到其他虛擬平臺(tái)的遷移路徑

提供一致性檢查以驗(yàn)證跨抽象級(jí)別的模型

為模型支持和分發(fā)提供配置管理和修訂控制幫助

審核編輯：郭婷