Ускорение совместной разработки SoC с симуляторами Renode

В статье демонстрируется, как открытые функциональные симуляторы, такие как Renode от Antmicro, становятся незаменимыми в совместном проектировании «железо — программное обеспечение».

Встроенные системы развиваются стремительно, а SoC следующего поколения растут в сложности. По данным Semico Research, эта сложность удлиняет циклы проектирования и повышает затраты. Чтобы удовлетворить спрос заказчиков на новые функции, более сильную безопасность и лучшую производительность, производители должны переходить к «полностековому» совместному проектированию — одновременной эволюции аппаратного обеспечения, прошивки, операционных систем и тулчейнов. Однако без надежных инструментов симуляции совместное проектирование может застрять, растягивая сроки и раздувая бюджеты.

Открытые функциональные симуляторы вроде Renode могут заполнить этот пробел. Они позволяют командам «железа» и ПО прототипировать, тестировать и итерировать параллельно, кардинально сокращая цикл разработки. Ниже мы разберем реальный кейс с Dover Microsystems и покажем, как Renode приносит осязаемые выгоды.

Где программные симуляторы могут не справиться

Технология CoreGuard® компании Dover Microsystems ярко иллюстрирует потребность в гибком мульти-архитектурном симуляторе. CoreGuard — гибридное решение кибербезопасности, защищающее встроенные процессоры от сетевых атак. Его дизайн опирается на «сторожевой» процессор, который мониторит каждую инструкцию хост-ЦПУ, обеспечивая соответствие набору правил безопасности, безопасности и конфиденциальности, называемым микрополитиками. Поскольку страж должен идти в ногу с хост-процессором, CoreGuard требует тесной интеграции железа и ПО, высокой производительности, низкого потребления и минимальных накладных расходов по памяти.

Команда «железа» Dover использовала стандартный SystemVerilog тулчейн для прототипирования CoreGuard на SoC RISC-V. В то же время команде ПО нужно было начать разработку задолго до появления кремния. Изначально они полагались на Spike — симулятор ISA RISC-V с GitHub. Spike имел два серьезных ограничения:

1. В нем нет реалистичных моделей периферии, заставляя команду вручную добавлять UART, хранилища и другие устройства.
2. Spike работает только с RISC-V, тогда как ранние клиенты Dover нацеливались и на RISC-V, и на ARM.

Эти вызовы подчеркнули необходимость гибкого мульти-архитектурного симулятора, способного моделировать периферию без обширного кастомного кода.

Как Renode отвечает на ключевые потребности совместного проектирования

Antmicro, лидер в области открытых технологий и сервисов, разработал Renode именно для этих требований. Renode — иерархическая, модульная среда симуляции, запускающая неизмененную прошивку на сложных системах — включая многоузловые, гетерогенные, MCU-уровневые и Linux-совместимые конфигурации. Его ядро рассматривает ядра и периферию как взаимозаменяемые строительные блоки, соединяемые через стандартные интерфейсы, отражая реальную конструкцию SoC.

Рисунок 1. Пример симулируемого RISC-V SoC.

Каждый компонент — CPU, шина или периферия — предоставляет свойства и API, позволяющие быстро собирать системы через конфигурационные файлы и скрипты. Этот подход делает кодовую базу Renode компактной и снижает порог входа. Коммерческая поддержка Antmicro дополнительно ускоряет внедрение и интеграцию.

Используя Renode, инженеры Dover могут:

• Бесшовно переключаться между средами интеграции ARM и RISC-V.
• Прототипировать SoC на разных уровнях детализации — от референсных моделей до заказчико-специфичных дизайнов.
• Переводить аппаратные спецификации в модели прошивки, позволяя тестировать ПО пока железо в разработке.

Как Renode существенно сократил цикл разработки Dover

Гибридная природа CoreGuard требовала параллельной разработки железа и ПО. Renode обеспечил тесно связанный рабочий процесс, показанный на Рисунке 2.

Рисунок 2. Интегрированный процесс разработки железа и ПО Dover.

Пока команда «железа» начинала реализацию на SystemVerilog, команда ПО моделировала новые блоки на C#, родном языке Renode. Прошивку тогда можно было писать и запускать против этих моделей, с валидацией результатов на FPGA-эмуляторе, когда кремний был готов.

Двойной подход Renode по точности моделирования дал отдельные преимущества:

• Низкоточная симуляция — абстрагирующая железо CoreGuard — облегчала быструю отладку микрополитик, создание демо и распространение SDK клиентам.
• Высокоточная симуляция — точное моделирование железа — позволяла разрабатывать процесс загрузки, отлаживать периферию, исследовать карту памяти и даже тестировать HDMI-прошивку до появления кремния.

Помимо операционных выгод, Renode дал Dover возможность исследовать компромиссы железа/ПО — такие как согласование частоты инструкций, использование памяти метаданных, потребление энергии — без задержек, присущих подходу «сначала железо, потом ПО». Эта гибкость напрямую способствовала сокращению цикла разработки и снижению затрат.

Чтобы узнать, как Renode может оптимизировать ваши проекты совместного проектирования, посетите renode.io. Для живой демонстрации возможностей защиты CoreGuard запросите демо сегодня.

Эта статья соавторствована Майклом Гильдой, вице-президентом по бизнес-развитию и сооснователем Antmicro.

Industry Articles — форма контента, позволяющая промышленным партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits способом, не подходящим для редакционного контента. Все Industry Articles подлежат строгим редакционным руководящим принципам с целью предложить читателям полезные новости, техническую экспертизу или истории. Взгляды и мнения, выраженные в Industry Articles, принадлежат партнеру и не обязательно отражают позицию All About Circuits или его авторов.