Versnellen van Co-ontworpen SoC-ontwikkeling met Renode Simulators

Dit artikel demonstreert hoe open-source functionele simulators zoals Antmicro's Renode onmisbaar worden in hardware-software co-design.

Embedded systemen evolueren snel, en next-generation SoCs groeien in complexiteit. Volgens Semico Research drijft deze complexiteit langere ontwerpcycli en hogere kosten op. Om te voldoen aan klanteneisen voor nieuwe functies, sterkere beveiliging en betere prestaties, moeten fabrikanten "whole-stack" co-design adopteren – gelijktijdig hardware, firmware, besturingssystemen en toolchains laten evolueren. Zonder robuuste simulatietools kan co-design stagneren, wat tijdlijnen verlengt en budgetten opblaast.

Open-source functionele simulators als Renode kunnen deze kloof overbruggen. Ze laten hardware- en softwareteams parallel prototypen, testen en itereren, wat de ontwerpcyclus dramatisch verkort. Hieronder verkennen we een real-world case study met Dover Microsystems en illustreren hoe Renode tastbare voordelen levert.

Waar Software Simulators Tekortschieten

Dover Microsystems' CoreGuard® technologie exemplifieert de behoefte aan een flexibele, multi-architectuur simulator. CoreGuard is een hybride cybersecurity-oplossing die embedded processors beschermt tegen netwerkgebaseerde aanvallen. Het ontwerp berust op een sentry processor die elke instructie die door de host CPU wordt uitgevoerd monitort, en compliance garandeert met een set beveiligings-, veiligheids- en privacy-regels genaamd micropolicies. Omdat de sentry tempo moet houden met de host processor, eist CoreGuard strakke integratie tussen hardware en software, hoge prestaties, laag vermogen en minimaal geheugenoverhead.

Het hardwareteam bij Dover gebruikte een standaard SystemVerilog toolchain om CoreGuard te prototypen op RISC-V SoCs. Tegenovergesteld, had het softwareteam ontwikkeling nodig voordat er silicon bestond. Initieel vertrouwden ze op Spike, de RISC-V ISA simulator beschikbaar op GitHub. Spike had twee grote beperkingen:

1. Het mist realistische peripheriemodellen, wat het team dwingt UARTs, opslag en andere apparaten handmatig toe te voegen.
2. Spike is RISC-V-only, terwijl Dover's vroege klanten zowel RISC-V als ARM platforms targetten.

Deze uitdagingen benadrukten de noodzaak voor een flexibele, multi-architectuur simulator die peripheriemodellen kan modellen zonder uitgebreide custom code.

Hoe Renode Kern Co-design Behoefte Adresseert

Antmicro, een leider in open-source technologie en diensten, ontwikkelde Renode om precies aan deze eisen te voldoen. Renode is een hiërarchisch, modulair simulatieframework dat ongewijzigde firmware draait over complexe systemen – inclusief multi-node, heterogene, MCU-level, en Linux-capable configuraties. De kernontwerp behandelt cores en peripherals als uitwisselbare bouwstenen die via standaardinterfaces verbonden kunnen worden, wat echte SoC-constructie spiegelt.

Figuur 1. Voorbeeld van een gesimuleerde RISC-V SoC.

Elk component – CPU, bus, of periferie – blootstelt properties en API's die snelle systeemconstructie via configuratiebestanden en scripts mogelijk maken. Deze benadering houdt Renode's codebase lean en verlaagt de leercurve. Antmicro's commerciële ondersteuning versnelt adoptie en integratie verder.

Met Renode kunnen Dover-ingenieurs:

• Naadloos schakelen tussen ARM- en RISC-V integratieomgevingen.
• SoCs prototypen op variabele fideliteitsniveaus, van referentiemodellen tot klantspecifieke ontwerpen.
• Hardwarespecificaties vertalen naar firmwaremodellen, wat softwaretesten mogelijk maakt terwijl hardware nog in ontwikkeling is.

Hoe Renode Dover's Ontwerpcyclus Aanzienlijk Verminderde

CoreGuard's hybride aard vereiste parallelle ontwikkeling van hardware en software. Renode stelde een strak gekoppelde workflow in zoals geïllustreerd in Figuur 2.

Figuur 2. Dover's geïntegreerde hardware-software ontwikkelproces.

Terwijl het hardwareteam begon met SystemVerilog-implementatie, modeleerde het softwareteam nieuwe blokken in C#, Renode's native taal. Firmware kon dan geschreven en uitgevoerd worden tegen deze modellen, met resultaten gevalideerd op een FPGA-emulator zodra de silicon klaar was.

Renode's dual-fidelity benadering bood duidelijke voordelen:

• Low-fidelity simulatie – CoreGuard hardware abstraherend – vergemakkelijkte snelle micropolicy debugging, demo-creatie, en klant SDK-distributie.
• High-fidelity simulatie – accurate hardwaremodellering – stelde boot-procesontwikkeling, peripheral debugging, geheugencartografie-verkenning, en zelfs HDMI firmware testen voor silicon-beschikbaarheid in staat.

Naast deze operationele voordelen, stelde Renode Dover in staat hardware/software trade-offs te verkennen – zoals instructie-rate matching, metadata geheugengebruik, en stroomverbruik – zonder de vertraging inherent aan een "eerst-hardware-dan-software" benadering. Deze flexibiliteit droeg direct bij aan een kortere ontwerpcyclus en lagere ontwikkelingskosten.

Om meer te leren over hoe Renode jouw co-design projecten kan stroomlijnen, bezoek renode.io. Voor een live demonstratie van CoreGuard's beschermingscapaciteiten, vraag vandaag nog een demo aan.

Dit artikel is mede-geschreven door Michael Gielda, VP Business Development en mede-oprichter van Antmicro.

Industry Articles zijn een vorm van content die industry partners in staat stelt nuttig nieuws, boodschappen en technologie met All About Circuits lezers te delen op een manier waar editorial content niet goed voor geschikt is. Alle Industry Articles zijn onderworpen aan strikte editoriële richtlijnen met de intentie om lezers nuttig nieuws, technische expertise, of verhalen te bieden. De standpunten en meningen uitgedrukt in Industry Articles zijn die van de partner en niet noodzakelijk die van All About Circuits of zijn schrijvers.