我們需要進行大量驗證，來設計用於組成物聯網 (IoT) 和he網wang絡luo生sheng態tai係xi統tong的de產chan品pin和he網wang絡luo。這zhe些xie都dou是shi非fei常chang複fu雜za的de大da規gui模mo設she計ji。它ta們men使shi用yong大da量liang的de軟ruan件jian，而er且qie必bi須xu滿man足zu嚴yan格ge的de低di功gong耗hao要yao求qiu。因yin此ci
，它ta們men需xu要yao經jing過guo大da量liang的de驗yan證zheng周zhou期qi，才cai能neng得de到dao充chong分fen的de運yun用yong和he調tiao試shi。

 

IoT 設計和網絡設計的五大特征對驗證工作具有重大影響。這兩種設計具有以下四大共同特征：“每顆芯片實現更多的協議”會更好、設計規模更大且更加複雜、對低功耗的要求更高，以及更多軟件。網絡係統還麵臨著第五個挑戰：交換機和路由器端口的數量持續增加。

 

圖 1.IoT 設計麵臨的四大難題。

 

隻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證。現在，我們還需要認真考慮應該如何使用硬件仿真。傳統的電路內仿真 (ICE)不僅無法支持迅速增長的互聯網芯片端口數的需求，對於測試IoT設備上的眾多接口協議也不實用。我們需要舍棄傳統的電路內仿真，而轉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
，然後再介紹它們的解決方案。

 

 

 

由於更多應用程序和功能需要同時連接到網絡

，因此每個設備所使用的協議數量在不斷增加。例如，手機需要連接到雲存儲空間
、播放流媒體格式的音視頻
、運行各種應用程序以及撥打接聽電話和收發文本信息。

 

所suo有you這zhe些xie協xie議yi本ben身shen可ke能neng非fei常chang複fu雜za。但dan因yin為wei在zai不bu同tong協xie議yi之zhi間jian以yi及ji它ta們men與yu設she計ji的de其qi餘yu部bu分fen之zhi間jian存cun在zai如ru此ci多duo的de通tong信xin和he交jiao互hu，因yin此ci它ta們men會hui呈cheng現xian出chu許xu多duo棘ji手shou的de需xu要yao檢jian查zha甚shen至zhi調tiao試shi的de場chang景jing和he邊bian界jie情qing況kuang。

 

將所有這些協議都置於單個 SoC 上，將會大幅增加硬件複雜度。芯片的內外部通信協議越多，驗證設計所需的驗證周期就越長。

 

圖 2.IoT 提高了每顆芯片的協議使用要求。

 

 

設計規模更大的協議集成會增加複雜度和尺寸。此外，各種功能
、多處理器和嵌入式軟件也會增加其複雜度和尺寸。消費者希望產品能夠處理更多功能。這些設備必須提供集成的數字
、音頻

、語音和數據功能
，且始終保持運行和連接狀態。

 

集(ji)成(cheng)的(de)功(gong)能(neng)數(shu)量(liang)越(yue)多(duo)，運(yun)行(xing)的(de)並(bing)發(fa)性(xing)也(ye)就(jiu)越(yue)高(gao)。這(zhe)使(shi)得(de)驗(yan)證(zheng)係(xi)統(tong)變(bian)得(de)越(yue)發(fa)困(kun)難(nan)，因(yin)為(wei)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)可(ke)能(neng)包(bao)含(han)數(shu)十(shi)億(yi)門(men)。因(yin)此(ci)
，我(wo)們(men)必(bi)須(xu)重(zhong)新(xin)考(kao)慮(lv)驗(yan)證(zheng)技(ji)術(shu)，這(zhe)是(shi)不(bu)言(yan)而(er)喻(yu)的(de)。

 

圖 3.更多集成、多功能、多處理器
、嵌入式軟件提高了複雜性。

 

 

設計決策需要考慮到功耗、麵積和性能。IoT 設計尤其重視功耗。這使得係統級功耗分析和管理成為一項重要工作。

 

zaishejiliuchengzaoqitigongjingquegonghaofenxideyanzhengjiejuefangan，youzhuyuquebaonindeshejijuecenenggouxianzhujiangdinenghao。cileifenxidezhunqueduqujueyucelianghuizuizhongzaiSoC上運行的特定應用場景的功耗。這正是傳統基於測試平台的驗證方法的不足之處。我們需要一種更好的方法，來提供符合 IoT 設計人員需求的分析。

 

圖 4.數據軟件仿真測試平台無法捕獲精確的功耗測量數據。

 

 

在軟件模擬器上運行傳統軟件驗證正逐漸被淘汰。軟件仿真進展太慢，無法對運行數十億周期或數據幀的 SoC 執行充分的壓力測試。如果設計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麵做出妥協。他們不能完全理解係統或 SoC 中究竟發生了什麼情況
，因為他們無法生成和隔離可能在實際應用中導致問題的邊界情況。

 

同樣
，較多的軟件內容會大大增加 SoC 的(de)開(kai)發(fa)成(cheng)本(ben)
，因(yin)為(wei)根(gen)據(ju)經(jing)驗(yan)法(fa)則(ze)，軟(ruan)件(jian)要(yao)求(qiu)為(wei)每(mei)位(wei)硬(ying)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)配(pei)備(bei)五(wu)到(dao)十(shi)名(ming)軟(ruan)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)。這(zhe)些(xie)軟(ruan)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)效(xiao)地(di)執(zhi)行(xing)相(xiang)關(guan)驗(yan)證(zheng)。

 

您的編程團隊需要一種能夠提升 OS 性(xing)能(neng)的(de)驗(yan)證(zheng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，並(bing)在(zai)硬(ying)件(jian)原(yuan)型(xing)可(ke)用(yong)之(zhi)前(qian)於(yu)目(mu)標(biao)硬(ying)件(jian)上(shang)運(yun)行(xing)軟(ruan)件(jian)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)。並(bing)且(qie)該(gai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)還(hai)需(xu)具(ju)備(bei)執(zhi)行(xing)全(quan)麵(mian)驗(yan)證(zheng)軟(ruan)件(jian)所(suo)需(xu)的(de)數(shu)十(shi)億(yi)周(zhou)期(qi)的(de)容(rong)量(liang)和(he)速(su)度(du)。

 

圖 5.增加軟件內容可推動 SoC 開發和成本節約。

 

 

IoT 正在不斷推動網絡發展，因為消費者需要更多的帶寬
、更加豐富的多媒體
，以及更多視頻流和音頻流。因此，網絡公司必須提供更高的帶寬
、更優異的計算性能以及更多專注於內容的應用程序。業界正在擴展和/或推出以太網和其他網絡標準以滿足這些需求，並通過更快速的網絡協議和更多端口來改善網絡服務。

 

例如，為滿足需求而產生的大量網絡配置迫使較新網絡芯片的開發人員不得不將數以千計的以太網端口置於單個 SoC shang。ruciyilai
，zaiyigeyingjianceshihuanjingzhongweisuoyouzhexieduankoutigonglianjiejiubiandejihubukeneng。yinci
，wangluogongsixuyaozairuanjianzhongcaiqumouzhongfangshilaishishitamendesheji。

 

 

dangjindeyingjianheruanjianxuyaodaliangdeyanzheng。chanpinkaifagongzuobuhuibiandegengjiajiandan，erzhihuibianderiyikunnan。yaojizhu，kaifarenyuanxuyaozaibuduansuoduandeshijianqixianneikaifachuchanpin，zheyehuijiadakaifanandu。name，yingjianfangzhenruhebangzhuninyingduizhexieyaline？weishenmeyingjianfangzhenhuichengweiyanzhengguochengdeyige“必需”環節？

 

Mentor Graphics 仿真團隊認為，改進複雜 IoT 和網絡係統驗證的最佳方式是使用 Veloce 平台來重複 IoT 公gong司si進jin行xing設she計ji的de過guo程cheng。這zhe種zhong方fang法fa包bao括kuo斷duan開kai運yun行xing於yu手shou機ji和he其qi他ta產chan品pin上shang的de應ying用yong程cheng序xu與yu硬ying件jian和he操cao作zuo係xi統tong間jian的de關guan係xi。此ci方fang法fa是shi可ke行xing的de，因yin為wei最zui終zhong用yong戶hu往wang往wang比bi較jiao關guan注zhu自zi己ji想xiang要yao使shi用yong的de應ying用yong程cheng序xu，並bing希xi望wang這zhe些xie應ying用yong程cheng序xu可ke以yi在zai其qi所suo擁yong有you的de任ren何he操cao作zuo係xi統tong或huo設she備bei上shang都dou可ke以yi運yun行xing。

 

因此，Veloce 硬件仿真平台經過量身定製，讓設計人員能夠使用 Veloce 應用程序以相同方式測試設計。驗證應用程序（例如覆蓋範圍、軟件調試、低功耗等）獨立於操作係統 (OS)。因此，Veloce OS 為 Veloce 驗證應用程序以及內部或第三方開發的應用程序提供了一個仿真器界麵。由於 Veloce OS 與任何版本或任何型號的 Veloce 仿fang真zhen硬ying件jian係xi列lie都dou兼jian容rong，因yin此ci用yong戶hu可ke從cong一yi個ge平ping台tai無wu縫feng遷qian移yi到dao下xia一yi代dai平ping台tai，這zhe將jiang會hui保bao護hu客ke戶hu的de投tou資zi，並bing在zai他ta們men的de性xing能neng和he容rong量liang需xu求qiu增zeng加jia時shi提ti供gong可ke擴kuo展zhan性xing。

 

圖 6.Veloce OS 和硬件仿真應用程序。

 

此外
，Veloce OS 還(hai)支(zhi)持(chi)企(qi)業(ye)服(fu)務(wu)器(qi)。企(qi)業(ye)服(fu)務(wu)器(qi)可(ke)使(shi)用(yong)負(fu)載(zai)分(fen)享(xiang)管(guan)理(li)軟(ruan)件(jian)優(you)化(hua)資(zi)源(yuan)使(shi)用(yong)量(liang)

，並(bing)提(ti)供(gong)作(zuo)業(ye)隊(dui)列(lie)和(he)優(you)先(xian)級(ji)排(pai)序(xu)。利(li)用(yong)企(qi)業(ye)服(fu)務(wu)器(qi)，用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)將(jiang)工(gong)作(zuo)從(cong)其(qi)桌(zhuo)麵(mian)提(ti)交(jiao)到(dao)位(wei)於(yu)全(quan)球(qiu)任(ren)何(he)地(di)方(fang)的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)的(de) Veloce 硬件仿真資源中。它支持為多個項目
、團隊、用戶和使用模式並行使用 Veloce 硬件仿真。他可以以最有效的方式將單個或多個項目分配到某個位置，以確保最高效地利用 Veloce 資源。因此
，全球用戶可以隨時隨地高效地訪問易於數據中心管理的硬件仿真資源。

 

但是，如果執行設計所需的外圍設備和協議本身並非基於軟件
，那麼所有這些操作都將是徒勞。這正是 Mentor 開發 VirtuaLAB 的原因所在。VirtuaLAB 已經改變了執行基於 SoC 的(de)硬(ying)件(jian)仿(fang)真(zhen)的(de)方(fang)式(shi)
，並(bing)為(wei)企(qi)業(ye)服(fu)務(wu)器(qi)功(gong)能(neng)做(zuo)好(hao)準(zhun)備(bei)，將(jiang)實(shi)驗(yan)室(shi)環(huan)境(jing)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)隻(zhi)需(xu)硬(ying)件(jian)仿(fang)真(zhen)器(qi)和(he)工(gong)作(zuo)站(zhan)來(lai)執(zhi)行(xing)協(xie)議(yi)模(mo)型(xing)軟(ruan)件(jian)版(ban)本(ben)的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)。由(you)於(yu) VirtuaLAB 使用與 ICE 硬件解決方案相同的協議 IP 和軟件堆棧，因此可以利用軟件的靈活性和可重複結果，提供與基於傳統 ICE 驗證相同的功能，進而為用戶提供硬件準確度。

 

圖 7.VirtuaLAB 企業服務器為多個用戶和項目提供全天候的全球訪問。

 

 

您可以獲得更高的可靠性
，因為硬件仿真係統消除了常會引發故障的外部硬件和布纜。

利用高效的多用戶環境
，您可以提高效率，並能通過隻改變其編譯參數（而不是換入/換出混亂不堪的外部硬件底板和纜線）遠程重新配置 VirtuaLAB 模型。

您可以部署可靠、低成本的工作站
，用於執行軟件模型

，而無需連接硬件（包括昂貴的測試儀），從而降低總體成本。

您nin可ke將jiang硬ying件jian仿fang真zhen功gong能neng從cong實shi驗yan室shi移yi入ru數shu據ju中zhong心xin
，使shi得de全quan球qiu多duo個ge團tuan隊dui可ke以yi隨sui時shi隨sui地di使shi用yong硬ying件jian仿fang真zhen功gong能neng
，就jiu像xiang一yi個ge服fu務wu器qi場chang，從cong而er提ti高gao投tou資zi回hui報bao。

由(you)於(yu)基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)調(tiao)試(shi)可(ke)見(jian)性(xing)

，而(er)且(qie)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)訪(fang)問(wen)在(zai)物(wu)理(li)環(huan)境(jing)中(zhong)很(hen)難(nan)使(shi)用(yong)的(de)軟(ruan)件(jian)協(xie)議(yi)檢(jian)查(zha)器(qi)和(he)分(fen)析(xi)儀(yi)，因(yin)此(ci)您(nin)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)結(jie)果(guo)。

 

讓我們一起來了解下基於 Veloce 軟件的環境如何具體地解決 IoT 和網絡開發人員麵臨的五大技術挑戰。

 

 

在某種程度上，軟件解決方案可以更加輕鬆地獲得準確的結果
，因為硬件解決方案即使在使用相同的激勵時也可產生不同的結果（結果取決於硬件啟動時所處的狀態）。因此，在設計中為協議采用基於軟件的環境非常重要。Veloce 為多個細分市場提供協議解決方案，其中包括可提供主機/外圍設備模型、協議試驗程序/分析儀以及軟件調試接口的一係列解決方案。

 

 

隨著設計尺寸的持續增加，硬件仿真容量也必須跟上節奏。Veloce 利用可擴展硬件仿真平台來應對這一挑戰。客戶最初可能會使用 Veloce Quattro 來滿足他們的需求。Quattro 可為每個係統和多達 16 個用戶處理多達 2.56 億門。隨後，他們可能會使用的下一個型號是支持多達 64 個用戶的十億門 Veloce Maximus。接下來是 Double Maximus 係統
，它具有多達 20 億門和 128 個用戶的容量。所有 Veloce 型號和版本都使用相同的 Veloce OS，運行相同的應用程序，並且完全向後兼容。確保硬件仿真容量的增長具有可擴展性，並保護現有投資。

 

圖 8.Veloce 可擴展硬件仿真平台滿足不斷提高的容量需求。

 

 

Veloce 非常適合進行低功耗分析，因為它能夠提供很高的精確度
，這一精確度僅可在真實應用環境下運行設計方能得以實現。

 

Veloce 具有適當的速度和容量，可以啟動 OS 和完全運行軟件應用所需的數十億周期，即使在硬件具有數十億門時也如此。Mentor 創建了一個動態波形 API 流程，以直接與集成到 Veloce 硬件仿真器中的功率分析工具相連接。通過與行業領先的第三方功率分析工具（例如 ANSYS）集成，客戶可以在設計流程初期獲得準確的功率數。因此，他們能夠針對功耗
、區域和性能做出明智的設計決策。

 

這是其他硬件仿真器無法做到的，也令Veloce功耗分析應用程序比任何其他低功耗解決方案都要準確得多。

 

圖 9.加快的 Veloce 功耗分析流程。

 

 

運yun行xing於yu芯xin片pian上shang的de軟ruan件jian必bi須xu與yu硬ying件jian同tong時shi進jin行xing驗yan證zheng。硬ying件jian仿fang真zhen與yu軟ruan件jian仿fang真zhen一yi樣yang易yi於yu調tiao試shi，對dui於yu較jiao大da規gui模mo的de設she計ji
，硬ying件jian仿fang真zhen比bi軟ruan件jian仿fang真zhen要yao快kuai數shu千qian甚shen至zhi數shu百bai萬wan倍bei。Veloce 包含大量解決方案

，以滿足軟件工程師調試其嵌入式軟件之需。

 

Veloce 針對使用軟件仿真的實時交互式調試提供虛擬探針。這些虛擬探針可提供與軟件調試程序的虛擬連接，無需再使用硬件 JTAG 探針。這不僅消除了 JTAG tanzhendebufenguyouwenti
，haichongfenliyongleqiyefuwuqi。raner，jiaohushitiaoshihuijidazhanjuyingjianjiasuqibaoguidejishi，youqishizairuanjiangongchengshitingdunshizhongbingjinxingzhudongtiaoshideshihou。zaitiaoshishijiangyingjiandeshizhongtingzhiduiyushiyongyingjianjiasuqilaishuoshiyizhongfeichanglangfeidefangshi。yinci，jiaohushitiaoshiyingjinzaijueduibiyaoshifangkeshiyong。

 

當交互式調試不是那麼必要的時候，Veloce Codelink 可以支持離線和重放調試。Codelink 提供標準軟件開發人員工具的調試功能
，包括將軟件調試程序中運行的代碼與硬件波形中顯示的位置相關聯。通過 Codelink 軟(ruan)件(jian)，硬(ying)件(jian)仿(fang)真(zhen)器(qi)會(hui)生(sheng)成(cheng)多(duo)個(ge)數(shu)據(ju)庫(ku)
，這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)庫(ku)可(ke)用(yong)於(yu)離(li)線(xian)軟(ruan)件(jian)調(tiao)試(shi)。這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)高(gao)效(xiao)的(de)環(huan)境(jing)
，可(ke)釋(shi)放(fang)硬(ying)件(jian)仿(fang)真(zhen)器(qi)用(yong)於(yu)其(qi)他(ta)任(ren)務(wu)和(he)用(yong)戶(hu)，同(tong)時(shi)又(you)能(neng)夠(gou)離(li)線(xian)執(zhi)行(xing)軟(ruan)件(jian)調(tiao)試(shi)。

 

圖 10.Codelink 支持多個並行用戶的離線調試。

 

 

擁有成百上千個端口的設計需要與硬件擁有非常多的連接
，而這些連接全都需要接線纜

，這就使得在 ICE 環境中驗證網絡交換機和路由器設計不再可行。此外，一個128 端口的以太網設計等可能具有數億甚至數十億個門的尺寸。

 

Veloce VirtuaLAB 可通過將大多數的測試環境轉移到軟件中來克服硬件環境的障礙，並在可運行多達20億門設計的可擴展 Veloce 平台上運行。另外，VirtuaLAB 協議解決方案還可滿足網絡交換機或路由器公司在驗證其芯片時的關鍵目標：數據包延遲、帶寬
、數據包丟失、亂序序列以及流量分析。

 

在典型的 VirtuaLAB 環境中，SoC 將被載入 Veloce 硬件仿真器中。硬件仿真器通過一個或多個軟件連接與工作台上的用戶環境相連。通過這些連接

，工程師能夠與在仿真中運行的 DUT 進行交互。對於以太網，工作站上運行的 VirtuaLAB 以太網數據包生成器和監視器 (EPGM) 應用程序將會生成虛擬以太網流量。EPGM 會生成測試數據包並對以太網流量提供可見性
、分析和用戶控製。

 

圖 11.VirtuaLAB EPGM 設置。

 

 

IoT以(yi)及(ji)它(ta)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)的(de)網(wang)絡(luo)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)使(shi)得(de)我(wo)們(men)當(dang)前(qian)麵(mian)臨(lin)的(de)驗(yan)證(zheng)挑(tiao)戰(zhan)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)嚴(yan)峻(jun)，而(er)且(qie)還(hai)帶(dai)來(lai)了(le)新(xin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。如(ru)果(guo)公(gong)司(si)希(xi)望(wang)及(ji)時(shi)將(jiang)產(chan)品(pin)推(tui)向(xiang)市(shi)場(chang)
，同(tong)時(shi)確(que)保(bao)在(zai)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)中(zhong)沒(mei)有(you)出(chu)現(xian)錯(cuo)誤(wu)
，他(ta)們(men)就(jiu)需(xu)要(yao)強(qiang)大(da)的(de)技(ji)術(shu)手(shou)段(duan)來(lai)幫(bang)助(zhu)完(wan)成(cheng)如(ru)此(ci)複(fu)雜(za)的(de)任(ren)務(wu)。隻(zhi)有(you)硬(ying)件(jian)仿(fang)真(zhen)能(neng)夠(gou)應(ying)對(dui)這(zhe)一(yi)挑(tiao)戰(zhan)。

 

因此，通過企業驗證平台 (EVP)，Mentor Graphics 開發了一係列以 Veloce VirtuaLAB 為核心且專門針對 IoT 的硬件仿真解決方案，。此解決方案靈活性更強
、可見性更高，並且能夠根據 IoT 和網絡係統設計的容量和複雜度的增加而進行擴展。VirtuaLAB 能夠提高工作效率並改善設計質量。它還提供很多 ICE 傳統功能，但無需額外的線纜和硬件設備。

 

由於所有這些功能和技術都是建立在企業硬件仿真理念之上，因此所有硬件仿真資源均位於數據中心，並可由多個團隊、用戶和項目隨時隨地進行遠程訪問。VirtuaLAB 環境為所有 IoT 市場提供軟件和硬件驗證，從而為多協議、複雜設計、加速低功耗應用程序以及硬件-軟件協同調試提供高速驗證解決方案。

 

圖 12.EVP 為實現高效驗證集成了一整套工具。