19、逐步式实时操作系统软件细化的混合级仿真环境

逐步式实时操作系统软件细化的混合级仿真环境

1. 引言

实时操作系统（RTOS）模型的引入将软件感知抽象提升到了真正的电子系统级设计层面。如今，即使是具有多个CPU的复杂设计的实时属性也能得到有效验证。通常，RTOS模型会将功能分段的C代码的原生执行封装在SystemC或SpecC等系统级设计语言中，通过应用程序编程接口（API）提供RTOS服务，并通过实现特定的实时调度策略来实现任务同步。

在进行时序分析和估算时，软件会被划分为多个段，并标注时序信息。这些信息可以通过在目标CPU上测量或从静态时序分析中获取。然而，由于知识产权保护等原因，有时无法获取功能段的时序信息，此时就不能采用需要对代码进行分区和标注的抽象RTOS仿真，而必须使用指令集模拟器（ISS）对应用软件和RTOS进行完全仿真。但ISS的执行速度通常较慢，难以进行高效的详细分析。

为了解决这个问题，我们开发了一种新方法，将ISS的优势与RTOS抽象的速度相结合。该方法沿着系统调用的自然接口清晰地分离软件和操作系统，明确区分应用软件与操作系统及其服务。应用软件通常在用户空间以无特权的用户模式运行，只有通过系统调用才能获得内核模式访问权限。而系统服务和驱动程序则必须在内核空间以内核模式运行，以执行特权指令并完全访问硬件。

为了实现高仿真速度，我们将开源的QEMU软件模拟器用于指令集仿真，并与SystemC结合。QEMU通过先进的动态二进制翻译技术，能够快速执行交叉编译的目标代码。结合快速执行时间估算方法和高效的同步方案，我们实现了比传统ISS与SystemC协同仿真更高的仿真速度。

在最初的细化级别中，内核空间由抽象RTOS模型进行抽象。通过将其与用户模式的QEMU仿真相结合，对于