作者：Richard Pugh，Mentor Graphics公司
咱们的产品规划涉及到更多协议和数十亿门规划，还要最大程度下降能耗，软件也变得日益繁杂乱乱，关于网络运用，还存在数百个交换机和路由器端口，因而咱们需求可扩展的虚拟硬件仿真。
咱们需求进行许多验证，来规划用于组成物联网 (IoT) 和网络生态体系的产品和网络。这些都是十分杂乱的大规划规划。它们运用许多的软件，而且有必要满意严厉的低功耗要求。因而，它们需求经过许多的验证周期，才干得到充沛的运用和调试。
IoT 规划和网络规划的五大特征对验证作业具有严重影响。这两种规划具有以下四大一同特征：“每颗芯片完结更多的协议”会更好、规划规划更大且愈加杂乱、对低功耗的要求更高，以及更多软件。网络体系还面对着第五个应战：交换机和路由器端口的数量继续添加。
图 1.IoT 规划面对的四大难题 (Mentor Graphics)。
只要硬件仿真才干够供给满意的容量、速度和功用，让您能够高效地完结许多验证。现在，咱们还需求仔细考虑应该怎么运用硬件仿真。传统的电路内仿真 (ICE)不只无法支撑迅速添加的互联网芯片端口数的需求，关于测验IoT设备上的许多接口协议也不实用。咱们需求放弃传统的电路内仿真，而转向以软件为中心的虚拟硬件仿真。
首要，咱们将评论这些应战，然后再介绍它们的处理方案。
IoT 和网络规划的首要应战
1.每个芯片需承载更多协议
因为更多运用程序和功用需求一同衔接到网络，因而每个设备所运用的协议数量在不断添加。例如，手机需求衔接到云存储空间、播映流媒体格局的音视频、运转各种运用程序以及拨打接听电话和收发文本信息。
一切这些协议自身或许十分杂乱。但因为在不同协议之间以及它们与规划的其余部分之间存在如此多的通讯和交互，因而它们会呈现出许多扎手的需求查看乃至调试的场景和鸿沟状况。
将一切这些协议都置于单个 SoC 上，将会大幅添加硬件杂乱度。芯片的内外部通讯协议越多，验证规划所需的验证周期就越长。
图 2.IoT 进步了每颗芯片的协议运用要求 (Mentor Graphics)。
2.规划规划更大
规划规划更大的协议集成会添加杂乱度和尺度。此外，各种功用、多处理器和嵌入式软件也会添加其杂乱度和尺度。顾客期望产品能够处理更多功用。这些设备有必要供给集成的数字、音频、语音和数据功用，且始终保持运转和衔接状况。
集成的功用数量越多，运转的并发性也就越高。这使得验证体系变得越发困难，因为一个体系或许包含数十亿门。因而，咱们有必要重新考虑验证技能，这是显而易见的。
图 3.更多集成、多功用、多处理器、嵌入式软件进步了杂乱性 (Mentor Graphics)。
3.功耗更低
规划决议计划需求考虑到功耗、面积和功用。IoT 规划特别注重功耗。这使得体系级功耗剖析和办理成为一项重要作业。
在规划流程前期供给精确功耗剖析的验证处理方案，有助于保证您的规划决议计划能够明显下降能耗。此类剖析的精确度取决于丈量会终究在SoC上运转的特定运用场景的功耗。这正是传统依据测验渠道的验证办法的不足之处。咱们需求一种更好的办法，来供给契合 IoT 规划人员需求的剖析。
图 4.数据软件仿真测验渠道无法捕获精确的功耗丈量数据 (Mentor Graphics)。
4.更高端的软件内容
在软件模拟器上运转传统软件验证正逐渐被筛选。软件仿真开展太慢，无法对运转数十亿周期或数据帧的 SoC 履行充沛的压力测验。假如规划人员彻底或很大程度地依靠软件仿真，他们就不得不在功用方面做出退让。他们不能彻底了解体系或 SoC 中终究发生了什么状况，因为他们无法生成和阻隔或许在实践运用中导致问题的鸿沟状况。
相同，较多的软件内容会大大添加 SoC 的开发本钱，因为依据经历规律，软件要求为每位硬件工程师装备五到十名软件工程师。这些软件工程师需求尽或许高效地履行相关验证。
您的编程团队需求一种能够进步 OS 功用的验证处理方案，并在硬件原型可用之前于方针硬件上运转软件运用程序。而且该处理方案还需具有履行全面验证软件所需的数十亿周期的容量和速度。
图 5.添加软件内容可推进 SoC 开发和本钱节省 (Mentor Graphics)。
5.添加网络交换机和路由器活动
IoT 正在不断推进网络开展，因为顾客需求更多的带宽、愈加丰厚的多媒体，以及更多视频流和音频流。因而，网络公司有必要供给更高的带宽、更优异的核算功用以及更多专心于内容的运用程序。业界正在扩展和/或推出以太网和其他网络规范以满意这些需求，并经过更快速的网络协议和更多端口来改进网络服务。
例如，为满意需求而发生的许多网络装备迫使较新网络芯片的开发人员不得不将数以千计的以太网端口置于单个 SoC 上。如此一来，在一个硬件测验环境中为一切这些端口供给衔接就变得简直不或许。因而，网络公司需求在软件中采纳某种办法来施行他们的规划。
针对 IoT 网络以硬件仿真为主的验证
当今的硬件和软件需求许多的验证。产品开发作业不会变得愈加简略，而只会变得日益困难。要记住，开发人员需求在不断缩短的时刻期限内开发出产品，这也会加大开发难度。那么，硬件仿真怎么协助您应对这些压力呢？为什么硬件仿真会成为验证进程的一个“必需”环节？
Mentor Graphics 仿真团队以为，改进杂乱 IoT 和网络体系验证的最佳办法是运用 Veloce 渠道来重复 IoT 公司进行规划的进程。这种办法包含断开运转于手机和其他产品上的运用程序与硬件和操作体系间的联系。此办法是可行的，因为终究用户往往比较重视自己想要运用的运用程序，并期望这些运用程序能够在其所具有的任何操作体系或设备上都能够运转。
因而，Veloce 硬件仿真渠道经过量身定制，让规划人员能够运用 Veloce 运用程序以相同办法测验规划。验证运用程序（例如掩盖规划、软件调试、低功耗等）独立于操作体系 (OS)。因而，Veloce OS 为 Veloce 验证运用程序以及内部或第三方开发的运用程序供给了一个仿真器界面。因为 Veloce OS 与任何版别或任何类型的 Veloce 仿真硬件系列都兼容，因而用户可从一个渠道无缝迁移到下一代渠道，这将会维护客户的出资，并在他们的功用和容量需求添加时供给可扩展性。
图 6.Veloce OS 和硬件仿真运用程序 (Mentor Graphics)。
此外，Veloce OS 还支撑企业服务器。企业服务器可运用负载共享办理软件优化资源运用量，并供给作业行列和优先级排序。运用企业服务器，用户能够将作业从其桌面提交到坐落全球任何地方的数据中心的 Veloce 硬件仿真资源中。它支撑为多个项目、团队、用户和运用形式并行运用 Veloce 硬件仿真。他能够以最有用的办法将单个或多个项目分配到某个方位，以保证最高效地运用 Veloce 资源。因而，全球用户能够随时随地高效地拜访易于数据中心办理的硬件仿真资源。
可是，假如履行规划所需的外围设备和协议自身并非依据软件，那么一切这些操作都将是白费。这正是 Mentor 开发 VirtuaLAB 的原因地点。VirtuaLAB 现已改动了履行依据 SoC 的硬件仿真的办法，并为企业服务器功用做好预备，将实验室环境转变成只需硬件仿真器和作业站来履行协议模型软件版别的数据中心。因为 VirtuaLAB 运用与 ICE 硬件处理方案相同的协议 IP 和软件仓库，因而能够运用软件的灵活性和可重复成果，供给与依据传统 ICE 验证相同的功用，进而为用户供给硬件精确度。
图 7.VirtuaLAB 企业服务器为多个用户和项目供给全天候的全球拜访 (Mentor Graphics)。
但它的长处不止于此。与 ICE 比较，它具有实实在在的优势：
您能够取得更高的牢靠性，因为硬件仿真体系消除了常会引发毛病的外部硬件和布缆。
运用高效的多用户环境，您能够进步功率，并能经过只改动其编译参数（而不是换入/换出紊乱不胜的外部硬件底板和缆线）长途重新装备 VirtuaLAB 模型。
您能够布置牢靠、低本钱的作业站，用于履行软件模型，而无需衔接硬件（包含贵重的测验仪），然后下降整体本钱。
您可将硬件仿真功用从实验室移入数据中心，使得全球多个团队能够随时随地运用硬件仿真功用，就像一个服务器场，然后进步出资报答。
因为依据软件的处理方案具有较高的调试可见性，而且规划人员能够拜访在物理环境中很难运用的软件协议查看器和剖析仪，因而您能够完结更高质量的成果。
让咱们一同来了解下依据 Veloce 软件的环境怎么详细地处理 IoT 和网络开发人员面对的五大技能应战。
1a.协议处理方案
在某种程度上，软件处理方案能够愈加轻松地取得精确的成果，因为硬件处理方案即便在运用相同的鼓励时也可发生不同的成果（成果取决于硬件发动时所在的状况）。因而，在规划中为协议选用依据软件的环境十分重要。Veloce 为多个细分商场供给协议处理方案，其间包含可供给主机/外围设备模型、协议实验程序/剖析仪以及软件调试接口的一系列处理方案。
2a.大规划规划
跟着规划尺度的继续添加，硬件仿真容量也有必要跟上节奏。Veloce 运用可扩展硬件仿真渠道来应对这一应战。客户开始或许会运用 Veloce Quattro 来满意他们的需求。Quattro 可为每个体系和多达 16 个用户处理多达 2.56 亿门。随后，他们或许会运用的下一个类型是支撑多达 64 个用户的十亿门 Veloce Maximus。接下来是 Double Maximus 体系，它具有多达 20 亿门和 128 个用户的容量。一切 Veloce 类型和版别都运用相同的 Veloce OS，运转相同的运用程序，而且彻底向后兼容。保证硬件仿真容量的添加具有可扩展性，并维护现有出资。
图 8.Veloce 可扩展硬件仿真渠道满意不断进步的容量需求 (Mentor Graphics)。
3a.低功耗
Veloce 十分合适进行低功耗剖析，因为它能够供给很高的精确度，这一精确度仅可在实在运用环境下运转规划方能得以完结。
Veloce 具有恰当的速度和容量，能够发动 OS 和彻底运转软件运用所需的数十亿周期，即便在硬件具有数十亿门时也如此。Mentor 创建了一个动态波形 API 流程，以直接与集成到 Veloce 硬件仿真器中的功率剖析东西相衔接。经过与职业抢先的第三方功率剖析东西（例如 ANSYS）集成，客户能够在规划流程初期取得精确的功率数。因而，他们能够针对功耗、区域和功用做出正确的规划决议计划。
这是其他硬件仿真器无法做到的，也令Veloce功耗剖析运用程序比任何其他低功耗处理方案都要精确得多。
图 9.加快的 Veloce 功耗剖析流程 (Mentor Graphics)。
4a.软件调试
运转于芯片上的软件有必要与硬件一同进行验证。硬件仿真与软件仿真相同易于调试，关于较大规划的规划，硬件仿真比软件仿真要快数千乃至数百万倍。Veloce 包含许多处理方案，以满意软件工程师调试其嵌入式软件之需。
Veloce 针对运用软件仿真的实时交互式调试供给虚拟探针。这些虚拟探针可供给与软件调试程序的虚拟衔接，无需再运用硬件 JTAG 探针。这不只消除了 JTAG 探针的部分固有问题，还充沛运用了企业服务器。但是，交互式调试会极大占有硬件加快器名贵的机时，特别是在软件工程师中止时钟并进行自动调试的时分。在调试时将硬件的时钟中止关于运用硬件加快器来说是一种十分糟蹋的办法。因而，交互式调试应仅在肯定必要时方可运用。
当交互式调试不是那么必要的时分，Veloce Codelink 能够支撑离线和重放调试。Codelink 供给规范软件开发人员东西的调试功用，包含将软件调试程序中运转的代码与硬件波形中显现的方位相关联。经过 Codelink 软件，硬件仿真器会生成多个数据库，这些数据库可用于离线软件调试。这是一个十分高效的环境，可开释硬件仿真器用于其他使命和用户，一同又能够离线履行软件调试。
图 10.Codelink 支撑多个并行用户的离线调试 (Mentor Graphics)。
5a.交换机和路由器端口
具有成百上千个端口的规划需求与硬件具有十分多的衔接，而这些衔接全都需求接线缆，这就使得在 ICE 环境中验证网络交换机和路由器规划不再可行。此外，一个128 端口的以太网规划等或许具有数亿乃至数十亿个门的尺度。
Veloce VirtuaLAB 可经过将大多数的测验环境转移到软件中来战胜硬件环境的妨碍，并在可运转多达20亿门规划的可扩展 Veloce 渠道上运转。别的，VirtuaLAB 协议处理方案还可满意网络交换机或路由器公司在验证其芯片时的要害方针：数据包推迟、带宽、数据包丢掉、乱序序列以及流量剖析。
在典型的 VirtuaLAB 环境中，SoC 将被载入 Veloce 硬件仿真器中。硬件仿真器经过一个或多个软件衔接与作业台上的用户环境相连。经过这些衔接，工程师能够与在仿真中运转的 DUT 进行交互。关于以太网，作业站上运转的 VirtuaLAB 以太网数据包生成器和监视器 (EPGM) 运用程序将会生成虚拟以太网流量。EPGM 会生成测验数据包并对以太网流量供给可见性、剖析和用户操控。
图 11.VirtuaLAB EPGM 设置 (Mentor Graphics)。
企业硬件仿真和 IoT
IoT以及它所需求的不断添加的网络基础设施使得咱们当时面对的验证应战变得愈加严峻，而且还带来了新的应战。假如公司期望及时将产品推向商场，一同保证在产品规划中没有呈现过错，他们就需求强壮的技能手段来协助完结如此杂乱的使命。只要硬件仿真能够应对这一应战。
因而，经过企业验证渠道 (EVP)，Mentor Graphics 开发了一系列以 Veloce VirtuaLAB 为中心且专门针对 IoT 的硬件仿真处理方案，。此处理方案灵活性更强、可见性更高，而且能够依据 IoT 和网络体系规划的容量和杂乱度的添加而进行扩展。VirtuaLAB 能够进步作业功率并改进规划质量。它还供给许多 ICE 传统功用，但无需额定的线缆和硬件设备。
因为一切这些功用和技能都是建立在企业硬件仿真理念之上，因而一切硬件仿真资源均坐落数据中心，并可由多个团队、用户和项目随时随地进行长途拜访。VirtuaLAB 环境为一切 IoT 商场供给软件和硬件验证，然后为多协议、杂乱规划、加快低功耗运用程序以及硬件-软件协同调试供给高速验证处理方案。
图 12.EVP 为完结高效验证集成了一整套东西 (Mentor Graphics)。
更多阅览内容
若要愈加深化地研讨这一重要主题，您能够阅览此白皮书：“物联网的 SoC 验证”.
作者简介：
Richard Pugh 在电子规划自动化范畴具有 30 年经历，首要从事 IP、AS%&&&&&% 和 SoC 验证作业，曾在 ViewLogic、Synopsys 和 Mentor Graphics 担任运用程序工程、产品营销和事务开发方面的职位。他现任 Mentor 仿真部产品营销总监。
Richard 具有英国伦敦大学学院的核算机科学和电子专业硕士学位，还取得了悉尼麦觉理办理研讨所的 MBA 学位。
