ARM《IQ》中文雜志2009Spring-5-AR.

1、34ARM 快速模型用于嵌入式軟件開發(fā)的虛擬平臺隨著越來越多的處理器集成到現(xiàn)代 SoC 中， 加上軟件內(nèi)容大幅度增加 （在很多情 況下，占據(jù)了芯片功能的 50%甚至更多），為確保滿足日益縮短的上市時間期 限，趕在尚未獲得任何硬件原型之前就提前開始軟件的開發(fā)變得至關(guān)重要。本文介紹了適用于早期軟件開 當(dāng)今使用多個處理器的 SoC 已很常速度仍然相對較慢，而時序逼近已不足以讓人對硬件時序行為有一個準(zhǔn)確的概 念，也不允許大量的軟件以足夠快的速度來執(zhí)行。并且更糟的是，業(yè)界無法對時 序逼近給出一個統(tǒng)一的定義，導(dǎo)致關(guān)于時序逼近有許多種不同的解釋。考慮到程序員需要有關(guān)目標(biāo)硬件功見，有些 SoC 使用的處理器多

2、達(dá)幾十個，奇怪的是，這些復(fù)雜的SoC 交付上市的時間卻縮短了。以前一般期限為兩年，在需要竭力捕捉商機(jī)并贏得重要市場份額 的今天，這么長的時間是完全不可接受的。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程由兩個步驟組成，即先由硬件工程師開發(fā) SoC，然后軟件團(tuán)隊(duì)才開始工作，只有在首個硬件原型到 手后，軟件工程師才能開始工作。隨著交付期限的縮短，如今已不可能采用這種 工作模式，目前有一種趨勢正日益普及，那就是在還沒獲得硬件之前就開始著手 軟件開發(fā)，這就要求軟件工程師們充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，努力找到模擬硬件的 方法。解決問題的方法現(xiàn)已找到，即虛擬原能和目標(biāo)硬件的程序員模型的信息，則松散時序虛擬原型由于可提供功能精度和 高仿真速度

3、而成為早期軟件開發(fā)的理想之選。ARM 快速模型ARM 快速模型是一個豐富的產(chǎn)品組合，其中包括高速、可靠的程序員 ARM CPU 視圖模型、ARM fabric IP 和外圍設(shè)備。它由一個工具套件提供支 持，該工具套件分為兩部分：設(shè)計(jì)畫布與模型生成器以及調(diào)試器。設(shè)計(jì)畫布與模 型生成器被稱為 系統(tǒng)生成器”可支持使用這些模型構(gòu)建基于 ARM 技術(shù)的子系 統(tǒng)；調(diào)試器被成為模型調(diào)試器”可對這些子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。發(fā)的 ARM 快速模型，利用這一模型，不僅能夠以近乎實(shí)時的速度執(zhí)行軟件，還 能在功能上保持完整的精度。文章重點(diǎn)闡述了相比第三方供應(yīng)商的同類產(chǎn)品，該 模型所具備的關(guān)鍵不同元素。此外，本文還對系統(tǒng)生成器

4、工型技術(shù)，有了這項(xiàng)技術(shù)，工程師們便能夠在獲得硬件之前就開始軟件開發(fā)，通過 這種方法，硬件團(tuán)隊(duì)可以極為迅速地提供 SoC 功能的虛擬表示，使軟件開發(fā)人員 能夠開始編寫軟件。第一個典型虛擬表示是提供一個具具(System Generator too)進(jìn)行了介紹，該工具是 ARM?快速模型的一部分，有 了這一工具，開發(fā)人員不僅可以構(gòu)建虛擬平臺，并以 100 到 500 MIPS 的速度執(zhí)行 軟件，還能將基于 ARM 技術(shù)的子系統(tǒng)導(dǎo)出到第三方 SystemC 仿真環(huán)境中。有完整功能并且時序正確的硬件模型。但是，這種模型的仿真速度很慢，并且無 法隨著軟件復(fù)雜度的提高而擴(kuò)展；開發(fā)一小段啟動代碼可能行得通，

5、但是在一個 復(fù)雜操作系統(tǒng)上開發(fā)大型應(yīng)用軟件層是絕對不現(xiàn)實(shí)的。再者，在很短的時間期限 內(nèi)，在尚未獲得 RTL 之前利用合理的資源開發(fā)精確的時序模型確實(shí)不具備可行 性。另一種做法是，在嘗試提高仿真速度這些模型的功能行為與從軟件中觀察到的功能行為相符，包括基于 TrustZone?硬件的安全技術(shù)和 Jazelle?Java 加速技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)較快的仿真速度，犧牲了時序精確性，所有存儲器訪問時序均被假定為零等待狀態(tài)，所有指令 都在一個組件主時鐘輸入周期內(nèi)集中執(zhí)行，并且在每個指令邊界都不取中斷。指 令序列按批執(zhí)行，若設(shè)備恰好處于在各次訪問之間運(yùn)行的間歇時間，這可能會使 某個 CPU 的事務(wù)看起來像是在背靠

6、背訪問設(shè)備寄存器。雖然緊密耦合存儲器 時只要求提供一個大致的時序精度，但是這樣做結(jié)果也沒有太大差別。這些模型 的Number 10, Spring 2009表 1 ARM 快速模型庫ARM 快速模型的競爭優(yōu)勢與其他第三方產(chǎn)品相比，ARM 快速模型擁有四個獨(dú)一無二的關(guān)鍵功能，這不僅 讓這些模型獨(dú)具特色，而且使成為在獲得硬件之前提前對基于ARM 技術(shù)的嵌入圖 2 單個軟件構(gòu)建鏈UM*fCsnnpi9l4|lSyifem GrieE jfo*PV欄MEiVlnd-oww1LinuaOn tool 3h n ) )luMCt to pnwiMf a也ngl* ANSI bfitfy har *i 3t

7、*Tne viituM ivigdUmockii* fllH rrllJl-! -!：i4nrf|1 | |1- 1區(qū)時 L*Th*?聆陽I pr Mi d35l g P#4Mi PL060 MybaWdMUMInterfxtPU1 GROPLD60DMAComo細(xì) PU Will Color LCD CorKrotaff PUOOCard Inurface PU90 Veclorad lE r Cof*otfer PL3K Dyramic Mamor/ ContmHm PO50 SUtic Memory Conb4 Vanewi TrirnZm cooo4ntsOllier P“ Madeh

8、 Artual fAtBintern Tmert.Interrupt Elhrnf MAHD and NOR fUth MMC 3* Bus Oeoders GmM c:npo( (wrti 3 lDiMahet開發(fā)的住皿IF于EH科縄JI越遼浪行It CT.nvxcwBftSA ttzinaa iitWIBtARM伙AMI仝時便用)*恂CG備撿證W*ARMRTUFRft|laT74RTltf功 篁 上 tt-wa-na7Jirt*tteeaaT20000* ARMnrjwztxwtt*力HEAC2IR)l叩的町用種H報(bào)nntinff/FAnwstT的復(fù)方功圧亜戻給住用.R用無沬的 可用仃.丙

9、禹*ft it科方加齡可擴(kuò)象果TXdARMU ilWCn*三個 可性的大力交MIC1I妒.為*m*v KtMkffra快伉保 B-個StftJl憂康IB肩購4出6縫WWiBVWOSCi TLM 2 0.*ttAMBAerW!BrilW5!JtSVVIR合低EEWM SystemCJSsw化.用a不auahawwftSystcmCnAfiKKl S!tTU復(fù).還與于OSCl TLM 20nMSt4fiitn K*ttSKAMfix為處flt !(的a*.條用交冥方方*需 為密機(jī)怡令#9紹K構(gòu)一個包*期斥.分的他喪mOperationDemonstratesMeasuredDuaRxxe Linu

10、x boot u4oo( + 2 6 14KERNEL 9MB ROMFSRealistic scenano7sor-128Mi/s (*64M per core)Both cores idle at Unux promptPeak performance570M i/s (285M per core)Both cores executing Is -URRepeated I/O752M “s (76M per core)Both cores executing gzip / gzipCompute-bound-124M i/s (62M -d on a file wn on a file i

11、nRAMFS per core)One core idle, other core gz)p / gzipAsymmetnc toad*200M i/s gzip on file in RAMFS (100Mper core) Rl NWRTt與協(xié)忌盂槍卉逵啊崔了璇供蠹罟畫Ef亦塊生慮器為餐槍色歯芍嘆快檸高東1!（生.電杲的站虛說計(jì)滾桿堆.也Jt*Jt遼嵐的昨BL骨它平醫(yī)簡傑班韭的僧 詢怙胡世怕卑杵橫骨卑卓F屮球坎” 威霍闋妄畔嗇帕松聊笑.住用黔琪生.底承M BJLX玄 皿 q、上 4 4H _ .4 亠亠Hkm 百M(fèi)xfiKk. .J. j. a I JL r* JL丘丄;Ji H 3 -U

12、LATx. dv dll 土 卜丄便會不時發(fā)現(xiàn)功能問題，而且，他們還必須分別為虛擬原型和硬件原型維護(hù)不同 的構(gòu)建鏈。運(yùn)行，也可通過一個合適的調(diào)試器來運(yùn)行，系統(tǒng)生成器自動為獨(dú)立平臺和集成平 臺生成所需接口。然后將新模型作為輸入應(yīng)用到更為復(fù)雜系統(tǒng)中，或?qū)⑵渥鳛閱为?dú)仿真環(huán)境來分發(fā)。符合 OSCI TLM 2.0 規(guī)范的系統(tǒng)生成器導(dǎo)出功能要創(chuàng)建一個完整的 SoC 虛擬平臺，用戶通常需要集成其 IP 模型或第三方 IP 模 型，并將模型與基于 ARM 技術(shù)的子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來。用戶經(jīng)常會面臨的一個重要 問題是適應(yīng)不同的模型接口，在很多情況下，這個封裝活動會占據(jù)構(gòu)建虛擬平臺 的大部分工作，導(dǎo)致平臺可供投入使用

13、的時間嚴(yán)重推遲，并使得采用早期軟件開 發(fā)方法所獲得的成果失效。OSCI TLM 2.0 標(biāo)準(zhǔn)是解決這一問題表 2 ARM 快速模型性能測量ARM CPU 快速模型中使用的代碼有了系統(tǒng)生成器，用戶可以使用組 的良方，因?yàn)樗峁┝艘粋€互操作層，允許以插件和游戲”的方式來連接模型。ARM 一直非常積極地參與 OSCI TLM 2.0 標(biāo)準(zhǔn)的建立，不僅為強(qiáng)_J FCHXOrOGY IN PJ：P1 H 1OSCI TLM 2.0 定義的通用有效負(fù)載提供官方 AMBA 程序員視圖擴(kuò)展，而且推 出了業(yè)界首個支持新標(biāo)準(zhǔn)的模型庫（如圖5 所示）。通過系統(tǒng)生成器，用戶可將基于轉(zhuǎn)換”技術(shù)提供了一個創(chuàng)新方法，即在仿

14、真期間動態(tài)轉(zhuǎn)換ARM 指令，既確保功能準(zhǔn)確性，又能規(guī)避與交叉編譯方法相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。這些指令被轉(zhuǎn)換為本地主機(jī)的對 等指令并進(jìn)行高速緩存，以便加快后續(xù)仿件、組件端口、外部端口的圖形化表示來組裝系統(tǒng)，也有可能系統(tǒng)本身就是位于 各端口相互連接的大型系統(tǒng)中的一個組件。系統(tǒng)生成器有一個框圖編輯器，用于 創(chuàng)建系統(tǒng)的圖形化表示，它還提供了一些類似ARM 快速模型的子系統(tǒng)導(dǎo)出到符合 OSCI TLM 2.0 標(biāo)準(zhǔn)的接口上，以方便子系 統(tǒng)與符合該標(biāo)準(zhǔn)的第三方模型集成，及子系統(tǒng)與第三方SystemC 環(huán)境直接集成。導(dǎo)出功能通過針對 OSCI TLM 2.0 AMBA 的程序員視圖擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)，該功能 可輕松適應(yīng)圖 3

15、系統(tǒng)生成器畫布用戶自己的接口或擴(kuò)展。結(jié)論 如今，大型 SoC 項(xiàng)目要取得成功，必須采用早期軟件開發(fā)方法，因?yàn)樵谶@類項(xiàng)目 中，軟件內(nèi)容是非常關(guān)鍵的部分。ARM 快速模型是建立高效虛擬原型 真運(yùn)行速度。與其他方法相比，這種方法的速度相當(dāng)驚人，采用ARM 快速模型構(gòu)建、基于 AMR 技術(shù)的典型子系統(tǒng)每秒運(yùn)行的指令數(shù)在 1 億到 5 億條之間，具 體數(shù)字因執(zhí)行軟件的不同而異。構(gòu)建虛擬平臺：系統(tǒng)生成器畫布于面向向量繪圖工具的功能，如流程圖繪制程序。系統(tǒng)生成器的圖形性質(zhì)使其可 以快速創(chuàng)建并配置組件或由多個組件組成的系統(tǒng)，新組件可以添加到單個項(xiàng)目 中，也可以添加到一個組件庫中供多個項(xiàng)目使用，組件由LISA+代碼