有了硬件模擬器“加持”以太網(wǎng)SoC測試才能“穩(wěn)準狠”

現(xiàn)今乙太網(wǎng)路系統(tǒng)單晶片(SoC)設計日益復雜，且電路與功能的模擬驗證更是曠日費時；而利用硬體模擬技術，可處理大量驗證作業(yè)，并支援多用戶同時進行，能較傳統(tǒng)軟體模擬方法，達到更快速、準確的效果，有助SoC設計人員提高工作效率。

乙太網(wǎng)路VirtuaLAB軟體可提供由軟體控制的整合環(huán)境，用于生成、傳輸和分析乙太網(wǎng)路封包，從而對硬體模擬平臺內(nèi)映射的乙太網(wǎng)系統(tǒng)單晶片(SoC)進行測試。隨著對連通性需求的大幅增長，網(wǎng)際網(wǎng)路已成為數(shù)10億用戶的主要通訊手段。根據(jù)“Internet Live Stats”指出，2014年網(wǎng)際網(wǎng)路覆蓋人數(shù)已達到30億，占全球人口約40%。

網(wǎng)際網(wǎng)路實現(xiàn)了廣泛的資料通訊服務，如電子郵件、視訊下載、Google搜索、推特(Twitter)消息發(fā)送、Skype電話等等。表1列出了每天和每一秒鐘的主要網(wǎng)際網(wǎng)路活動數(shù)量。

網(wǎng)際網(wǎng)路的起源可以追溯到不同時間不同地點的多項發(fā)明的匯合，集眾人之力完成。垂直發(fā)展包括封包交換技術、通訊協(xié)議以及源自20世紀60年代的電信行業(yè)活動。Xerox Palo Alto實驗室在傳輸控制協(xié)定(網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定或TCP/IP)基礎上創(chuàng)建了專為“區(qū)域網(wǎng)路”(LAN)開發(fā)的乙太網(wǎng)標準。

個人電腦的發(fā)明，推動了網(wǎng)際網(wǎng)路發(fā)展，使其成為現(xiàn)如今這樣擁有30億使用者的網(wǎng)路。沒有個人電腦及其關聯(lián)設備(如印表機和掃描器)，網(wǎng)際網(wǎng)路可能就只能局限于軍事和學術機構中。

在網(wǎng)路術語中，所有連接到網(wǎng)路的設備都被分類為網(wǎng)路節(jié)點。在最基本的網(wǎng)路結構中，各節(jié)點通過集線器連接在一起。即多埠設備將任何到達的資訊包復制到與之連接的所有其他埠(節(jié)點)(圖1)。

圖1　典型基于集線器的網(wǎng)路配置

這種最簡單的方法存在一個問題，即網(wǎng)路的發(fā)展會被限制在數(shù)臺設備或節(jié)點當中。

基于集線器的網(wǎng)路中，有四個問題阻礙了網(wǎng)路擴展：

．頻寬：通過一段時間內(nèi)傳輸?shù)馁Y料量進行測量。在集線器網(wǎng)路中，使用者共用總頻寬。

．延遲：通過封包到達目的地的時間進行測量。在集線器網(wǎng)路中，傳輸規(guī)則使得延遲增加到不能接受的程度。

．網(wǎng)路故障：在集線器網(wǎng)路中，一個節(jié)點可能會引發(fā)其他節(jié)點出現(xiàn)問題，如過度廣播或不恰當?shù)乃俣仍O置。

．沖突：多個節(jié)點同時傳輸封包時會發(fā)生沖突，因此可能有必要進行重新傳輸。

要解決并糾正這些問題，業(yè)界開發(fā)了可替代集線器的新設備。其中，交換機和路由器可保留頻寬、降低延遲、避免網(wǎng)路故障以及防止沖突。

早在1989年，Kalpana就發(fā)明了七埠乙太網(wǎng)交換機，可處理10Mbit/s流量。時至今日，乙太網(wǎng)交換機和路由器已達到256個埠，到年底可能還將達到1024個埠，它們可處理1/10/40/100/120Gbit/s的流量。盡管業(yè)界預測未來埠數(shù)量還將增加，但受到傳輸介質(zhì)的限制，頻寬不太可能會提升到1000Gbit/s，可看到采用平行處理方法增加頻寬的措施。網(wǎng)路交換的延遲持續(xù)下降，到如今，最低延遲已降至1μs以下。

大量埠、流量增加、延遲降低、安全性整體提升以及易用性，使得如今的網(wǎng)路交換機和路由器成為巨大的電路設計，達到了五億邏輯閘數(shù)量級，僅屈居于最大的處理器和圖形晶片之后。網(wǎng)路SoC的設計，包含128埠乙太網(wǎng)介面，且可支援1/10/40/100/120Gbit/s等不同的連結速度，在實體晶片可用之前，驗證此類復雜積體電路(IC)設計是一項難以完成的任務。

當可以在電路區(qū)塊層級使用硬體描述語言(HDL)模擬時，用模擬流量來驗證數(shù)億門級的整個設計顯得不合實際，而且必然會被淘汰。這是在電路內(nèi)類比(ICE)模式中采用硬體模擬的主要案例。

這種驗證方式的獨特之處在于能通過真實流量對設計進行測試。設定上針對每個埠需要一臺乙太網(wǎng)測試儀。由于測試儀和模擬的待測設計(DUT)之間速度范圍差異較大，因此不能直接連接，需要在兩者之間插入速率適配器。這樣就可以將測試儀的高速調(diào)整到類比至DUT的相對較低速度。

分析中的設計含128個埠，需要設置128個乙太網(wǎng)測試儀和128個乙太網(wǎng)速度適配器，以及大量接線(圖2)。除了錯綜復雜的布線、潛在的硬體不可靠性、整體開支外，最令人沮喪的是整個設置只能支援模擬實驗室附近的單一用戶。

圖2　128埠且支援1/10/40/100/120Gbit/s傳輸率的乙太網(wǎng)交換機通過電路內(nèi)類比(ICE)進行驗證。