基于Simics全系统仿真环境的嵌入式系统的研究与开发

发布时间：2019-10-25 17:00

【摘要】：当今嵌入式系统的功能日趋多元化，系统间通过总线、背板以及网络通讯的互联日趋复杂，这导致嵌入式系统的调试、集成和测试变得相对困难。此外，嵌入式软件开发者也经常因为缺乏硬件开发板等物理设备，导致开发效率低下。譬如在获取硬件开发板实物之前，系统开发者很难提前开发基于硬件开发板的软件程序；当硬件开发板数量有限时，并不能保证每个系统开发者都能拿到硬件开发板进行相关软件的设计与开发。另外，由于传统开发工具和流程的限制，在开发过程中难以发现嵌入式系统内部与目标平台硬件相关的故障错误。物理硬件的不确定性和不可预测性可能会导致嵌入式软件在原因不明或并无预警的情况下出错。风河系统公司推出的Simics全系统仿真环境具备物理硬件无法实现的创新开发功能，很好地解决了上述问题，为工程设计人员提供了一种完美的解决方案和设计理念。首先，Simics提供了一个功能强大的虚拟平台，可以模拟处理器、存储器、板级硬件和复杂网络系统等任意规模的硬件目标设备，解决了软件开发者因缺乏硬件设备引起的问题。针对于目标设备的二进制代码不需要进行任何更改，即可运行在Simics模拟的硬件平台上。其次，Simics提供了硬件和软件故障注入、虚拟系统时间的控制和硬件寄存器管理等功能，并且支持整个系统精确地、并可恒现地正向和逆向单步执行以及创建系统检查点快照。嵌入式软件开发者可以借助Simics实现独特的开发及调试方式，譬如，同时启动或暂停操作系统与处理器的时钟，检查所有系统部件状态，进行非入侵式的故障注入等。 VxWorks嵌入式操作系统，作为业内广泛使用的实时操作系统，其拥有强实时性、高稳定性、高度可裁剪性等特点。VxWorks操作系统应用在国防航空、消费电子、汽车导航等诸多领域。VxWorks6.x版本与VxWorks5.x版本相比有了诸多改进，譬如引入了RTP实时进程、支持虚拟地址映射等。这些改进进一步增强了VxWorks在实时操作系统业内的领军地位。本文论述的是在风河Simics全系统仿真环境下，进行VxWorks6.9嵌入式操作系统的bootrom、设备驱动和BSP、应用程序的研究与开发以及操作系统的定制，从而探究出利用Simics全系统仿真环境协助开发人员进行嵌入式操作系统底层软件、中间层软件和上层应用软件开发的新方法。
【图文】：

产品开发周期

风河 Simics 可以创建存储器等元器件、板级硬件以及复杂的异构多处理器系统等各种规模的硬件平台。Simics 为多种任务提供了一个共用框架来实现处理器设计、存储器分级体系设计、元器件开发和测试、软件质量的自动化测试、SOC 虚拟原型、软硬件协同仿真、以及固件、驱动程序和操作系统的开发等功能。Simics 允许开发者在硬件开发板实物到位之前，就开始进行针对于目标设备的软件开发、系统集成以及系统测试，从而缩短产品上市时间，如图 2-1 所示。图中虚线部分表示传统开发模式，软件开发只有等到硬件实物到位之后才可以进行，系统集成与测试只能等到绝大部分硬件设计完毕后才可以开始。图中实线部分表示基于 Simics 全系统仿真环境创新型开发模式。开发者使用Simics 可以同步开发硬件和软件，提前进行系统集成与测试，大大缩短整个产品的开发周期和上市时间。此外，Simics 提供的故障注入、虚拟系统时间控制和硬件寄存器管理等技术可以加速调试，降低开发成本和项目风险，提高产品质量和工程效益。

架构图,全系统,仿真环境,架构

北京工业大学工程硕士专业学位论文型库，利用 C/C++, SystemC, Python 或 DML 等语言进行处理器、内存、存储设备等虚拟设备模型的开发和配置。目标软件栈自底向上分为 Hypervisor 层、驱动层、BSP 层、固件层和 RTOS（Real Time Operating System，实时操作系统）层，应用软件和中间件层。其中 Hypervisor、驱动、BSP、固件和 RTOS 作为中间层负责上层软件与虚拟硬件的交互。此外，Eclipse、风河 Workbench、Tornado等常用的开发调试工具均可配合 Simics 进行协同开发。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP368.1;TP391.9

【参考文献】