我們的產品設計涉及到更多協(xié)議和數(shù)十億門設計，還要最大程度降低能耗，軟件也變得日益繁多復雜，對于網(wǎng)絡應用，還存在數(shù)百個交換機和路由器端口，因此我們需要可擴展的虛擬硬件仿真。

我們需要進行大量驗證，來設計用于組成物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 和網(wǎng)絡生態(tài)系統(tǒng)的產品和網(wǎng)絡。這些都是非常復雜的大規(guī)模設計。它們使用大量的軟件，而且必須滿足嚴格的低功耗要求。因此，它們需要經過大量的驗證周期，才能得到充分的運用和調試。

IoT 設計和網(wǎng)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(xiàn)更多的協(xié)議”會更好、設計規(guī)模更大且更加復雜、對低功耗的要求更高，以及更多軟件。網(wǎng)絡系統(tǒng)還面臨著第五個挑戰(zhàn)：交換機和路由器端口的數(shù)量持續(xù)增加。

圖 1.IoT 設計面臨的四大難題 (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證?，F(xiàn)在，我們還需要認真考慮應該如何使用硬件仿真。傳統(tǒng)的電路內仿真(ICE)不僅無法支持迅速增長的互聯(lián)網(wǎng)芯片端口數(shù)的需求，對于測試IoT設備上的眾多接口協(xié)議也不實用。我們需要舍棄傳統(tǒng)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(zhàn)，然后再介紹它們的解決方案。

IoT 和網(wǎng)絡設計的主要挑戰(zhàn)

1.每個芯片需承載更多協(xié)議

由于更多應用程序和功能需要同時連接到網(wǎng)絡，因此每個設備所使用的協(xié)議數(shù)量在不斷增加。例如，手機需要連接到云存儲空間、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(fā)文本信息。

所有這些協(xié)議本身可能非常復雜。但因為在不同協(xié)議之間以及它們與設計的其余部分之間存在如此多的通信和交互，因此它們會呈現(xiàn)出許多棘手的需要檢查甚至調試的場景和邊界情況。

將所有這些協(xié)議都置于單個 SoC 上，將會大幅增加硬件復雜度。芯片的內外部通信協(xié)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(xié)議使用要求(Mentor Graphics)。

2.設計規(guī)模更大

設計規(guī)模更大的協(xié)議集成會增加復雜度和尺寸。此外，各種功能、多處理器和嵌入式軟件也會增加其復雜度和尺寸。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(shù)字、音頻、語音和數(shù)據(jù)功能，且始終保持運行和連接狀態(tài)。

集成的功能數(shù)量越多，運行的并發(fā)性也就越高。這使得驗證系統(tǒng)變得越發(fā)困難，因為一個系統(tǒng)可能包含數(shù)十億門。因此，我們必須重新考慮驗證技術，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雜性(Mentor Graphics)。

3.功耗更低

設計決策需要考慮到功耗、面積和性能。IoT設計尤其重視功耗。這使得系統(tǒng)級功耗分析和管理成為一項重要工作。

在設計流程早期提供精確功耗分析的驗證解決方案，有助于確保您的設計決策能夠顯著降低能耗。此類分析的準確度取決于測量會最終在SoC上運行的特定應用場景的功耗。這正是傳統(tǒng)基于測試平臺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(shù)據(jù)軟件仿真測試平臺無法捕獲精確的功耗測量數(shù)據(jù)(Mentor Graphics)。

4.更高端的軟件內容

在軟件模擬器上運行傳統(tǒng)軟件驗證正逐漸被淘汰。軟件仿真進展太慢，無法對運行數(shù)十億周期或數(shù)據(jù)幀的SoC 執(zhí)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 的開發(fā)成本，因為根據(jù)經驗法則，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)行相關驗證。

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

圖 5.增加軟件內容可推動SoC開發(fā)和成本節(jié)約 (Mentor Graphics)。

5.增加網(wǎng)絡交換機和路由器活動

IoT 正在不斷推動網(wǎng)絡發(fā)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(wǎng)絡公司必須提供更高的帶寬、更優(yōu)異的計算性能以及更多專注于內容的應用程序。業(yè)界正在擴展和/或推出以太網(wǎng)和其他網(wǎng)絡標準以滿足這些需求，并通過更快速的網(wǎng)絡協(xié)議和更多端口來改善網(wǎng)絡服務。

例如，為滿足需求而產生的大量網(wǎng)絡配置迫使較新網(wǎng)絡芯片的開發(fā)人員不得不將數(shù)以千計的以太網(wǎng)端口置于單個SoC 上。如此一來，在一個硬件測試環(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)絡公司需要在軟件中采取某種方式來實施他們的設計。

針對 IoT網(wǎng)絡以硬件仿真為主的驗證

當今的硬件和軟件需要大量的驗證。產品開發(fā)工作不會變得更加簡單，而只會變得日益困難。要記住，開發(fā)人員需要在不斷縮短的時間期限內開發(fā)出產品，這也會加大開發(fā)難度。那么，硬件仿真如何幫助您應對這些壓力呢？為什么硬件仿真會成為驗證過程的一個“必需”環(huán)節(jié)？

Mentor Graphics 仿真團隊認為，改進復雜IoT 和網(wǎng)絡系統(tǒng)驗證的最佳方式是使用Veloce 平臺來重復IoT 公司進行設計的過程。這種方法包括斷開運行于手機和其他產品上的應用程序與硬件和操作系統(tǒng)間的關系。此方法是可行的，因為最終用戶往往比較關注自己想要使用的應用程序，并希望這些應用程序可以在其所擁有的任何操作系統(tǒng)或設備上都可以運行。