Arquitecto de VisualSim

VisualSim Architect es un software de nivel de sistema electrónico para el modelado y la simulación de sistemas electrónicos, software embebido y semiconductores. VisualSim Architect es una versión comercial del proyecto de investigación Ptolemy II de la Universidad de California en Berkeley. ^{[ 1 ]} El producto se lanzó por primera vez en 2003. VisualSim es una herramienta gráfica que se puede utilizar para análisis de compensación de rendimiento mediante métricas como la utilización del ancho de banda, el tiempo de respuesta de la aplicación y los requisitos de búfer. Se puede utilizar para el análisis arquitectónico de algoritmos, componentes, instrucciones de software y particionamiento de hardware/software. ^{[ 2 ]}

VisualSim es utilizado por más de 50 empresas en todo el mundo y un número similar de universidades para proyectos de investigación. Honeywell Aerospace ha colaborado con la Universidad de Puerto Rico y ha utilizado VisualSim para evaluar plataformas satelitales basadas en estándares. ^{[ 3 ]} NASA JPL trabajó en la iniciativa Nexus para desarrollar el estándar de interfaz de próxima generación. Para seleccionar la mejor interfaz que cumpla con la sincronización determinista y el consumo máximo de energía, los arquitectos construyen modelos de 10 protocolos diferentes, incluidos PCIe, Gigabit Ethernet y RapidIO, para comparar el comportamiento para la misma carga de trabajo. ^{[ 4 ]} La Universidad Americana de Sharjah utilizó metodologías de evaluación de rendimiento para aprovechar la exploración a nivel arquitectónico y ayudar a hacer compensaciones de diseño tempranas. En este artículo, ^{[ 5 ]} el profesor utilizó las plataformas de simulación desarrolladas con la herramienta VisualSim para comparar el rendimiento de dos arquitecturas de memoria, a saber, la arquitectura Direct Connect del Opteron y el Shared Bus de los procesadores multinúcleo Xeon.

Se han realizado investigaciones y desarrollos para mejorar las arquitecturas de sistemas en los campos de redes, aviónica, industria, semiconductores y computación de alto rendimiento. ^{[ 6 ]} Los diseñadores de FPGA pueden realizar simulaciones virtuales de alta velocidad de grandes sistemas electrónicos utilizando VisualSim. Como parte de la iniciativa Xilinx ESL, la empresa ha añadido soporte para CPU en FPGA. ^{[ 7 ]}

El editor de diagramas de bloques es la interfaz gráfica de usuario principal y cuenta con bloques de biblioteca personalizables de recursos de hardware, software y comunicación. Se pueden colocar visores gráficos en el modelo para visualización en tiempo real o para guardar análisis sin conexión. VisualSim ha llevado el modelado de SystemC a un nivel de abstracción superior. También proporciona generación automática de plantillas e importación de bloques de propiedad intelectual (PI). Además, añade llamadas a funciones diseñadas para elevar SystemC a un nivel "microarquitectónico". ^{[ 8 ]}

VisualSim se utiliza ampliamente para el modelado de rendimiento , la exploración de arquitectura/espacio de diseño y el análisis de potencia inicial de aviónica, electrónica automotriz, sistemas embebidos, sistemas de computación de alto rendimiento (HPC) y sistemas en chip (SoC).

Los modelos de simulación de VisualSim de los sistemas propuestos se pueden desarrollar en varios niveles de jerarquía: modelado conceptual , funcional y arquitectónico . Los modelos conceptuales pueden contener una red de sistemas que incluye satélites, aeronaves y vehículos terrestres. Los modelos funcionales de VisualSim contienen definiciones estocásticas de electrónica, software, redes y carga de trabajo. En la carpeta de la biblioteca se encuentran disponibles varios tipos de generadores de tráfico estadístico y modelos de colas de los recursos. En el nivel arquitectónico, los modelos de hardware y software tienen bloques de procesadores, subsistemas de memoria, protocolos de bus y archivos de traza con precisión de ciclo. El comportamiento del software/aplicación se puede definir mediante una máquina de estados, un diagrama de flujo, operaciones de lectura/escritura y actividad de E/S. El mapeo de la aplicación a la plataforma del sistema se define en una hoja de cálculo. La arquitectura de comunicación entre diferentes sistemas o subsistemas se puede definir mediante las bibliotecas de redes inalámbricas de VisualSim. La arbitración y la planificación de tareas de software se pueden definir mediante los planificadores de VisualSim o el lenguaje de scripting. Los modelos heredados se pueden obtener importando modelos de terceros desarrollados en SystemC o C/C++. Los algoritmos desarrollados con MatLab y Simulink se pueden usar como parte del modelo VisualSim.

VisualSim proporciona bibliotecas de modelado ^{[ 9 ]} para actividades de ingeniería de sistemas dirigidas por modelos. Las bibliotecas se utilizan durante la especificación para optimizar y validar la especificación; durante la fase de desarrollo de hardware y software para obtener la arquitectura óptima; y durante la fase de depuración y prueba del producto para hacer coincidir la salida real con un conjunto de resultados esperados. VisualSim, a nivel de derivación de especificaciones de sistemas, proporciona una inspección visual completa del funcionamiento del sistema como una combinación de entrada de tráfico, definición del sistema de comportamiento y sumidero. Esta solución complementa herramientas como MatLab/Simulink y UML/SysML al proporcionar una visibilidad muy temprana del funcionamiento completo del sistema sin entrar en los detalles del algoritmo y la implementación a nivel de código. Los casos de uso típicos serían SoC multimedia con red en chip, ^{[ 10 ]} redes en automóviles que utilizan Ethernet, CAN, LIN y FlexRay, sistemas inerciales submarinos, etc. El modelado de VisualSim a nivel de hardware y software se construye después de que la especificación del sistema se haya optimizado y validado. El diseño se puede perfeccionar añadiendo detalles específicos de implementación de hardware, lógica y temporización a nivel de ciclo al modelo VisualSim. El dispositivo puede ser una placa, un conjunto de placas, un SoC, un subsistema o una propiedad intelectual (PI). Los detalles de implementación pueden incluir la canalización del procesador, la caché funcional, ^{[ 11 ]} aceleradores y árbitros de bus. Estos refinamientos permiten evaluar, ciclo a ciclo y a nivel de dirección, la funcionalidad, el rendimiento y el consumo de energía del sistema.

Las bibliotecas se encuentran en niveles de abstracción estadísticos, funcionales y de precisión de ciclo. Dado que las bibliotecas de VisualSim incorporan detalles de temporización y consumo de energía, el mismo modelo proporciona tanto resultados de cálculo de rendimiento como valores de medición de potencia. ^{[ 12 ]} Las bibliotecas se pueden configurar para una tecnología específica manualmente o mediante un archivo de texto o CSV. Si un arquitecto desea evaluar el comportamiento o el rendimiento del sistema con componentes personalizados, puede modificar las configuraciones de la biblioteca cambiando sus parámetros. Ejemplo de un modelo de sistema de visión artificial robótica. ^{[ 13 ]}