虛擬硬件平臺(tái)為開發(fā)人員帶來光明的未來

軟件開發(fā)人員對(duì)硬件開發(fā)板又愛又恨。一方面，它們使軟件變得栩栩如生。另一方面，它們可能會(huì)讓人頭疼，特別是因?yàn)殚_發(fā)計(jì)劃取決于它們的可用性。開發(fā)板對(duì)軟件調(diào)試和分析行為的有限可見性通常迫使開發(fā)人員使用更復(fù)雜的方法。有時(shí)它們根本不像開發(fā)人員期望的那樣工作。虛擬硬件平臺(tái)可以通過快速執(zhí)行軟件來幫助解決開發(fā)人員的挫敗感，從而縮短開發(fā)周期。

復(fù)雜的多核平臺(tái)（例如用于設(shè)計(jì)蜂窩基站的平臺(tái)）越來越多地為軟件開發(fā)人員帶來挑戰(zhàn)，這也加劇了他們傾向于鄙視硬件開發(fā)板的原因。 RadioFrame Networks 設(shè)計(jì)項(xiàng)目證明了這種兩難境地，這導(dǎo)致了開發(fā)人員與硬件的雙刃劍關(guān)系。

替代開發(fā)方法

在最初的硬件規(guī)范之后，開發(fā)團(tuán)隊(duì)考慮使用與初步硬件設(shè)計(jì)略有相似的參考開發(fā)板。沒有任何設(shè)計(jì)外設(shè)或 DDR RAM 控制器與開發(fā)板匹配；但是，當(dāng)時(shí)沒有其他可用的東西。一旦最終硬件可用，開發(fā)人員將不得不盲目地編寫然后修改軟件，因?yàn)樗麄儧]有參考板上的所有硬件組件。這是他們認(rèn)為可以用來完成工作的唯一方法。

然后，開發(fā)團(tuán)隊(duì)遇到了用于軟件開發(fā)的虛擬平臺(tái)，這是一種模擬硬件模型并以接近實(shí)時(shí)的速度執(zhí)行軟件的技術(shù)。盡管開發(fā)人員對(duì)這個(gè)概念很感興趣，但由于對(duì)用于創(chuàng)建虛擬硬件平臺(tái)的建模技術(shù)和方法缺乏了解，他們有所保留。開發(fā)人員想知道閃存模型是否與通用閃存接口/可擴(kuò)展命令集兼容，以及新的 MAC 控制器功能是否足以為開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序提供先機(jī)。由于為 ASIC 選擇的 ARM 內(nèi)核沒有使用完整的 ARM 指令集，因此開發(fā)人員希望虛擬硬件平臺(tái)能夠捕獲內(nèi)核嘗試的非法指令，并捕獲和報(bào)告非法寄存器寫入。

隨著團(tuán)隊(duì)開始項(xiàng)目，很明顯有些擔(dān)憂是沒有根據(jù)的。他們很快了解到建模使用稱為 SystemC 的標(biāo)準(zhǔn)語言、專門為建模硬件而設(shè)計(jì)的 C++ 子集以及稱為事務(wù)級(jí)建模的方法。SystemC 中的概念對(duì)開發(fā)人員來說非常自然。因此，在這個(gè)項(xiàng)目中對(duì)閃光燈進(jìn)行建模不是問題。

使用這項(xiàng)技術(shù)保存了會(huì)話之間的修改。盡管本案例中的特定內(nèi)核沒有建模，但開發(fā)人員仍然可以控制仿真并在出現(xiàn)非法指令時(shí)停止執(zhí)行，這是他們通過使用工具命令語言 （Tcl） 腳本功能完成的。

在初始建模期間，開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)軟件和建模團(tuán)隊(duì)之間的溝通對(duì)于了解使用虛擬硬件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)什么至關(guān)重要。他們了解到，他們需要考慮虛擬硬件平臺(tái)建模本身，并注意外圍模型及其支持的功能。開發(fā)虛擬硬件平臺(tái)涉及 IP 和工具供應(yīng)商之間的交互。經(jīng)過幾周的建模，開發(fā)人員開始使用虛擬硬件平臺(tái)開始軟件開發(fā)。

快速反饋，模擬

最初的軟件開發(fā)任務(wù)是開發(fā) Linux 支持包和 U-Boot 監(jiān)視器。從一開始，虛擬硬件平臺(tái)就提供了寶貴的反饋，使開發(fā)人員能夠確定他們是否走在正確的軌道上。開發(fā)板支持包開發(fā)的初始假設(shè)中的疏忽很快就被捕獲并解決了。

一個(gè)具體問題涉及先進(jìn)的高性能總線控制器。必須包括在初始引導(dǎo)期間交換閃存和 DDR RAM 的支持。虛擬平臺(tái)快速幫助開發(fā)人員識(shí)別和糾正跳轉(zhuǎn)的設(shè)置方式——虛擬平臺(tái)中的一個(gè)簡(jiǎn)單功能，但需要 JTAG 工具才能在物理硬件中捕獲它。在平臺(tái)中完成的建模使開發(fā)人員不僅可以檢測(cè)代碼，還可以檢測(cè)平臺(tái)。如果需要，虛擬硬件平臺(tái)提供了任何和所有外圍設(shè)備狀態(tài)的視圖，而不會(huì)影響操作。

在軟件開發(fā)過程中，來自 CoWare 的 Virtual Platform Analyzer允許開發(fā)人員觀察和控制虛擬硬件平臺(tái)，并使用它來有效地跟蹤發(fā)起方對(duì)外圍塊的訪問。特別是，斷點(diǎn)可以放置在外設(shè)塊訪問上，并且可以通過 Tcl 應(yīng)用程序編程接口使用特定的調(diào)試消息。相同的 Tcl 腳本功能還使開發(fā)人員能夠使虛擬硬件平臺(tái)適應(yīng)他們的開發(fā)需求，從而通過模擬與時(shí)序相關(guān)的配置來驗(yàn)證固件中硬件配置的編程，而無需模型是時(shí)間準(zhǔn)確的。因此，該團(tuán)隊(duì)享受了快速的仿真速度，并且無需等待物理硬件。

對(duì)代碼的寶貴見解

在該項(xiàng)目中，與使用物理硬件相比，使用虛擬硬件平臺(tái)將開發(fā)周期縮短了 33%。虛擬硬件平臺(tái)提供了硅前軟件開發(fā)測(cè)試環(huán)境。此外，其獨(dú)特的調(diào)試和分析能力使其優(yōu)于物理硬件上提供的類似調(diào)試和分析能力。

鑒于該項(xiàng)目的成功，很明顯虛擬硬件平臺(tái)可以顯著提高軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)的生產(chǎn)力。隨著多核平臺(tái)開發(fā)的快速增長，虛擬硬件平臺(tái)提供的可見性水平可以讓應(yīng)用程序開發(fā)人員深入了解他們以前在沒有專門設(shè)備的情況下無法看到的代碼。

因此，開發(fā)人員應(yīng)考慮使用虛擬硬件平臺(tái)來糾正代碼。這樣做的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最初的建模投資。從 CoWare 等虛擬硬件平臺(tái)技術(shù)供應(yīng)商處獲得的交流、教育、專業(yè)知識(shí)和其他優(yōu)勢(shì)可以減輕任何擔(dān)憂。

要欣賞這項(xiàng)技術(shù)，請(qǐng)考慮白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。使硬件設(shè)置日志級(jí)別允許開發(fā)人員記錄操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序執(zhí)行的各種訪問。設(shè)計(jì)人員還可以將硬件斷點(diǎn)設(shè)置在寄存器訪問下至位級(jí)別，直觀地驗(yàn)證中斷和其他離散信號(hào)的變化狀態(tài)，并通過設(shè)置硬件觀察點(diǎn)和斷點(diǎn)等 Tcl 腳本程序擴(kuò)展虛擬硬件平臺(tái)的功能。最重要的是，開發(fā)人員可以在他們的工作站上完成所有這些工作，而無需復(fù)雜的硬件設(shè)置、電纜和不穩(wěn)定的硬件板。

不再等待硬件

虛擬硬件平臺(tái)為開發(fā)人員帶來了光明的未來，免除了他們等待硬件可用性的痛苦，并提供了硬件開發(fā)板無法提供的調(diào)試功能。虛擬硬件平臺(tái)對(duì)于這十年及以后的軟件開發(fā)人員來說，絕對(duì)是經(jīng)過生產(chǎn)力驗(yàn)證的、可用于生產(chǎn)的工具。

審核編輯：郭婷