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物聯網的SoC驗證

上網時間: 2016年03月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SoC驗證  物聯網  IoT  Veloce  VirtuaLAB 

作者:Richard Pugh,Mentor Graphics硬體模擬部門產品行銷經理

物聯網(IoT)並不僅僅是一個最新的時髦用語,它是我們每天用於與大規模網路(即所謂的「網際網路」)連接並由其提供支援的「物件」(thing)。從智慧型手機到智慧城市、個人健康監護儀到機構醫療保健系統、連網家庭到連網汽車與交通運輸,這一切如今都是IoT的一部份;而行動裝置和可穿戴式裝置則為其引領發展道路。

IoT市場的實際和預期成長也對網路供應商帶來重大影響。畢竟,如果沒有網路基礎設施的支援,IoT將不復存在。大型網路公司面臨著與IoT開發人員相同的驗證挑戰和需求。

具有更多軟體與更嚴格功耗預算的更大、更複雜設計,必須採用新的驗證解決方案,以因應相關的技術挑戰。本文探討在驗證IoT和網路設計時,傳統數位軟體模擬和硬體原型不符合標準以及使用硬體模擬對整個驗證解決方案至關重要的原因。此外,也解釋了為什麼傳統內電路硬體模擬必須轉換到以軟體為中心的虛擬硬體模擬解決方案。最後並以Mentor Graphics使用Veloce VirtuaLAB解決方案為例,解釋如何在保留傳統硬體模擬的所有性能、容量和能力時,也增加靈活度、可靠性、遠端存取、工作共用、易用性、投回報酬率(ROI)以及專案管理等優勢。

技術和驗證挑戰

IoT和網路設計的五大特性對於公司在進行驗證時帶來最大影響:每個晶片需承載更多協議、更大且更複雜的設計、較低的功耗使用要求、更多的軟體,以及更多交換機和路由器埠。

每個晶片需承載更多協議:由於更多應用程式和功能必須同時連接到網路,因此每個裝置所使用的協議數量正不斷增加中。例如,手機必須連接到雲端儲存、串流視訊和音訊、執行各種應用程式以及撥打/接聽電話和收發文字簡訊。這些協議本身相當複雜,而且由於其與設計的其餘部份之間存在許多的通訊和互動,因而呈現許多必須檢查甚至除錯的棘手場景和極端情況。

將所有的協議都置於單一SoC上,大幅增加了硬體的複雜度。在晶片上進行內部和外部通訊的協議越多,驗證所需的週期就越長。

更大型的設計:較高層級的協議整合,增加了複雜度和尺寸,就像整合了各種功能、多種處理器和嵌入式軟體一樣。如今的客戶希望裝置能夠處理越來越多的內容、必須整合數位、音訊、語音和資料,而且要能保持在隨時啟用與連接的狀態。

整合的內容量越高,設計中的同步要求就越多,系統的驗證工作就變得越發困難。新的驗證解決方案必須能夠處理這些可執行數十億閘的大型、複雜系統。

更低功耗:設計決策必須考慮功耗、尺寸和性能等因素,尤其是IoT裝置的功耗。這使得系統級功耗分析和管理成為一項關鍵的衡量指標。能夠及早提供準確功耗分析資料的驗證解決方案對於確實降低功耗的設計決策至關重要。這一準確度取決於:在實際執行SoC的應用環境下測量功耗——這是基於傳統測試平台的驗證方法不符合標準之處。我們需要一種提供低功耗分析的新方法來滿足IoT裝置設計者的需求。

更高階的軟體內容:在軟體模擬器上執行傳統軟體驗證正失去動能。軟體模擬的速度太慢,無法對執行數十億週期或資料架構的SoC進行充份的測試。這意味著設計者必須在功能方面加以妥協。他們無法完全理解系統或SoC中究竟發生了什麼,因為無法產生或隔絕可能在實際應用中導致問題的極端情況。

同樣地,較多的軟體內容會大幅增加SoC的開發成本,因為軟體的開發必須為每位硬體工程師配備5到10名軟體工程師。因此,這些軟體工程師必須盡可能有效率地執行相關驗證。

他們需要一種能夠提升作業系統(OS)性能的驗證解決方案,並在硬體原型可用之前於目標硬體上執行軟體應用程式。此外,該解決方案還必須具有執行全面驗證軟體所需數十億週期的容量和速度。


圖1:日益增加的軟體內容推動SoC開發與成本要求

日益增加網路交換機和路由器活動:IoT正推動網路進展,因為消費者需要更多的頻寬、更豐富的多媒體、更多視訊與音訊串流。網路公司必須以更高的頻寬、更優越的性能運算以及更內容導向的應用程式來滿足這一需求。乙太網路與其他相關網路標準持續發展,從而能以更快的網路協議與更多埠數來滿足這些需求,並進一步改善網路服務。

例如,為了滿足大量網路配置的需求,開發人員在研發新的網路晶片時不得不將數以千計的乙太網路埠整合於單一SoC中。如此一來,要在一種硬體測試環境中為所有介面埠提供連接並不可行。因此,網路公司必須在軟體中採取某種方式來實現。

(下一頁繼續:為IoT提供硬體模擬驗證方案)


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