將動態(tài)電壓和頻率縮放集成到指令精確的虛擬平臺中

在嵌入式系統(tǒng)中，諸如功耗之類的額外功能要求越來越重要。在 OFFIS 和 Imperas Software 的合作中，開放虛擬平臺 （OVP） 技術(shù)已配備支持來表達和執(zhí)行動態(tài)電壓和頻率縮放 （DVFS） 兼容的電源模型。虛擬平臺上的軟件可以通過DVFS訪問實際功耗，進行電源管理。該技術(shù)已成功用于基于 ARM 的多核平臺，運行合成裸機 DVFS 測試應(yīng)用程序和 Linux 電源管理。

OFFIS 成立于 1991 年，是由下薩克森州、奧爾登堡大學(xué)以及計算機科學(xué)系和相關(guān)學(xué)院的教授組成的非營利組織。OFFIS 致力于技術(shù)轉(zhuǎn)讓，分為三個研發(fā)部門，專注于交通、健康和能源領(lǐng)域的 IT。Imperas Software 是一個由仿真和工具技術(shù)專家以及嵌入式軟件應(yīng)用專家組成的團隊。

技術(shù)基線是基于 OVP 的模型，以及來自 Imperas 的模擬器引擎、多處理器調(diào)試器和軟件分析工具。虛擬平臺是基于（多）處理器的系統(tǒng)的軟件模擬，其中包括與存儲器和外圍組件模型連接的指令精確（IA）處理器模型。這種平臺的整體內(nèi)存布局是完全目標兼容的，需要執(zhí)行嵌入式軟件的目標二進制文件以進行嚴格的功能驗證。本質(zhì)上，目標軟件堆棧并不知道它沒有在硬件上運行。

與基于硬件的開發(fā)和調(diào)試環(huán)境相比，虛擬平臺的優(yōu)勢包括軟件仿真環(huán)境中的完全可控性和可觀察性、確定性軟件執(zhí)行、易于測試自動化以及更早的仿真環(huán)境可用性。并不是說基于硬件的環(huán)境應(yīng)該被虛擬平臺取代，而是這兩種技術(shù)在嵌入式軟件流程中是互補的。

該解決方案的關(guān)鍵是確保虛擬平臺盡可能高效、快速地執(zhí)行代碼。這需要處理器、外圍設(shè)備和行為組件的高質(zhì)量仿真模型，以及執(zhí)行這些模型的仿真引擎，以每秒執(zhí)行高達 10 億條指令的嵌入式軟件。對于許多嵌入式處理器平臺，Imperas 技術(shù)可以以比實時更快的速度執(zhí)行軟件。

OFFIS 與 Imperas 合作的目標是將電源模型集成到整體 Imperas 和 OVP 建模和仿真框架中，以支持電源管理配置和實際電源管理功能的功能測試。為了控制電源特性和對執(zhí)行速度的影響，使 OVP 模型具有功耗意識的第一步是為 CPU 模型添加電源電壓 （Vdd）、時鐘頻率和“降額”功能。減額只是減少與處理器設(shè)置的時鐘頻率相關(guān)的模擬指令數(shù)量。

OFFIS 開發(fā)的技術(shù)稱為時間價值流 （TVS），借助它，可以隨時間記錄、組合、匯總和跟蹤任意狀態(tài)或過程相關(guān)單元。TVS 技術(shù)已成功應(yīng)用于 OVP 中，從處理器（例如處理器負載、空閑指令和等待中斷）、內(nèi)存子系統(tǒng)（例如讀/寫訪問、不同 bank 的訪問）、總線系統(tǒng)（例如讀/寫事務(wù)、事務(wù)長度）和外圍組件。結(jié)合新集成的和軟件可配置的電源電壓和時鐘頻率（動態(tài)電壓和頻率縮放），實現(xiàn)了 Xilinx Zynq SoC 的 ARM 雙核處理器 （ARM Cortex-A9MPx2） 子系統(tǒng)的功耗模型。活動、電壓和頻率跡線的應(yīng)用組合，

可以將功率信息寫入 VCD（Value Change Dump）接收器以顯示以供分析。如前所述，可以將功率信息饋入功率傳感器，該傳感器可以映射到硬件平臺的地址空間，從而允許軟件訪問以在運行時得出功率管理決策。

圖中描繪了這種整體應(yīng)用機制。在這個例子中，電源等動態(tài)物理屬性的可見性，我們可以在純虛擬原型中觀察使用 DVFS 進行電源管理的效果、功耗以及應(yīng)用程序的性能。

審核編輯：郭婷