ARM《IQ》中文杂志2009Spring-5-AR.

1、34ARM 快速模型用于嵌入式软件开发的虚拟平台随着越来越多的处理器集成到现代 SoC 中， 加上软件内容大幅度增加 （在很多情 况下，占据了芯片功能的 50%甚至更多），为确保满足日益缩短的上市时间期 限，赶在尚未获得任何硬件原型之前就提前开始软件的开发变得至关重要。本文介绍了适用于早期软件开 当今使用多个处理器的 SoC 已很常速度仍然相对较慢，而时序逼近已不足以让人对硬件时序行为有一个准确的概 念，也不允许大量的软件以足够快的速度来执行。并且更糟的是，业界无法对时 序逼近给出一个统一的定义，导致关于时序逼近有许多种不同的解释。考虑到程序员需要有关目标硬件功见，有些 SoC 使用的处理器多

2、达几十个，奇怪的是，这些复杂的SoC 交付上市的时间却缩短了。以前一般期限为两年，在需要竭力捕捉商机并赢得重要市场份额 的今天，这么长的时间是完全不可接受的。传统的设计流程由两个步骤组成，即先由硬件工程师开发 SoC，然后软件团队才开始工作，只有在首个硬件原型到 手后，软件工程师才能开始工作。随着交付期限的缩短，如今已不可能采用这种 工作模式，目前有一种趋势正日益普及，那就是在还没获得硬件之前就开始着手 软件开发，这就要求软件工程师们充分发挥自己的创造力，努力找到模拟硬件的 方法。解决问题的方法现已找到，即虚拟原能和目标硬件的程序员模型的信息，则松散时序虚拟原型由于可提供功能精度和 高仿真速度

3、而成为早期软件开发的理想之选。ARM 快速模型ARM 快速模型是一个丰富的产品组合，其中包括高速、可靠的程序员 ARM CPU 视图模型、ARM fabric IP 和外围设备。它由一个工具套件提供支 持，该工具套件分为两部分：设计画布与模型生成器以及调试器。设计画布与模 型生成器被称为 系统生成器”可支持使用这些模型构建基于 ARM 技术的子系 统；调试器被成为模型调试器”可对这些子系统进行调试。发的 ARM 快速模型，利用这一模型，不仅能够以近乎实时的速度执行软件，还 能在功能上保持完整的精度。文章重点阐述了相比第三方供应商的同类产品，该 模型所具备的关键不同元素。此外，本文还对系统生成器

4、工型技术，有了这项技术，工程师们便能够在获得硬件之前就开始软件开发，通过 这种方法，硬件团队可以极为迅速地提供 SoC 功能的虚拟表示，使软件开发人员 能够开始编写软件。第一个典型虚拟表示是提供一个具具(System Generator too)进行了介绍，该工具是 ARM?快速模型的一部分，有 了这一工具，开发人员不仅可以构建虚拟平台，并以 100 到 500 MIPS 的速度执行 软件，还能将基于 ARM 技术的子系统导出到第三方 SystemC 仿真环境中。有完整功能并且时序正确的硬件模型。但是，这种模型的仿真速度很慢，并且无 法随着软件复杂度的提高而扩展；开发一小段启动代码可能行得通，

5、但是在一个 复杂操作系统上开发大型应用软件层是绝对不现实的。再者，在很短的时间期限 内，在尚未获得 RTL 之前利用合理的资源开发精确的时序模型确实不具备可行 性。另一种做法是，在尝试提高仿真速度这些模型的功能行为与从软件中观察到的功能行为相符，包括基于 TrustZone?硬件的安全技术和 Jazelle?Java 加速技术。为实现较快的仿真速度，牺牲了时序精确性，所有存储器访问时序均被假定为零等待状态，所有指令 都在一个组件主时钟输入周期内集中执行，并且在每个指令边界都不取中断。指 令序列按批执行，若设备恰好处于在各次访问之间运行的间歇时间，这可能会使 某个 CPU 的事务看起来像是在背靠

6、背访问设备寄存器。虽然紧密耦合存储器 时只要求提供一个大致的时序精度，但是这样做结果也没有太大差别。这些模型 的Number 10, Spring 2009表 1 ARM 快速模型库ARM 快速模型的竞争优势与其他第三方产品相比，ARM 快速模型拥有四个独一无二的关键功能，这不仅 让这些模型独具特色，而且使成为在获得硬件之前提前对基于ARM 技术的嵌入图 2 单个软件构建链UM*fCsnnpi9l4|lSyifem GrieE jfo*PV欄MEiVlnd-oww1LinuaOn tool 3h n ) )luMCt to pnwiMf a也ngl* ANSI bfitfy har *i 3t

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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与协忌盂枪卉逵啊崔了璇供蠹罟畫Ef亦块生虑器为餐槍色歯芍叹快柠高东1!（生.电杲的站虚说计滾杆堆.也Jt*Jt遼嵐的昨BL骨它平醫簡傑班韭的僧 询怙胡世怕卑杵横骨卑卓F屮球坎” 威霍阕妄畔啬帕松聊笑.住用黔琪生.底承M BJLX玄 皿 q、上 4 4H _ .4 亠亠Hkm 百MxfiKk. .J. j. a I JL r* JL丘丄;Ji H 3 -U

12、LATx. dv dll 土 卜丄便会不时发现功能问题，而且，他们还必须分别为虚拟原型和硬件原型维护不同 的构建链。运行，也可通过一个合适的调试器来运行，系统生成器自动为独立平台和集成平 台生成所需接口。然后将新模型作为输入应用到更为复杂系统中，或将其作为单独仿真环境来分发。符合 OSCI TLM 2.0 规范的系统生成器导出功能要创建一个完整的 SoC 虚拟平台，用户通常需要集成其 IP 模型或第三方 IP 模 型，并将模型与基于 ARM 技术的子系统关联起来。用户经常会面临的一个重要 问题是适应不同的模型接口，在很多情况下，这个封装活动会占据构建虚拟平台 的大部分工作，导致平台可供投入使用

13、的时间严重推迟，并使得采用早期软件开 发方法所获得的成果失效。OSCI TLM 2.0 标准是解决这一问题表 2 ARM 快速模型性能测量ARM CPU 快速模型中使用的代码有了系统生成器，用户可以使用组 的良方，因为它提供了一个互操作层，允许以插件和游戏”的方式来连接模型。ARM 一直非常积极地参与 OSCI TLM 2.0 标准的建立，不仅为強_J FCHXOrOGY IN PJ：P1 H 1OSCI TLM 2.0 定义的通用有效负载提供官方 AMBA 程序员视图扩展，而且推 出了业界首个支持新标准的模型库（如图5 所示）。通过系统生成器，用户可将基于转换”技术提供了一个创新方法，即在仿

14、真期间动态转换ARM 指令，既确保功能准确性，又能规避与交叉编译方法相关的风险。这些指令被转换为本地主机的对 等指令并进行高速缓存，以便加快后续仿件、组件端口、外部端口的图形化表示来组装系统，也有可能系统本身就是位于 各端口相互连接的大型系统中的一个组件。系统生成器有一个框图编辑器，用于 创建系统的图形化表示，它还提供了一些类似ARM 快速模型的子系统导出到符合 OSCI TLM 2.0 标准的接口上，以方便子系 统与符合该标准的第三方模型集成，及子系统与第三方SystemC 环境直接集成。导出功能通过针对 OSCI TLM 2.0 AMBA 的程序员视图扩展来实现，该功能 可轻松适应图 3

15、系统生成器画布用户自己的接口或扩展。结论 如今，大型 SoC 项目要取得成功，必须采用早期软件开发方法，因为在这类项目 中，软件内容是非常关键的部分。ARM 快速模型是建立高效虚拟原型 真运行速度。与其他方法相比，这种方法的速度相当惊人，采用ARM 快速模型构建、基于 AMR 技术的典型子系统每秒运行的指令数在 1 亿到 5 亿条之间，具 体数字因执行软件的不同而异。构建虚拟平台：系统生成器画布于面向向量绘图工具的功能，如流程图绘制程序。系统生成器的图形性质使其可 以快速创建并配置组件或由多个组件组成的系统，新组件可以添加到单个项目 中，也可以添加到一个组件库中供多个项目使用，组件由LISA+代码