Accélérer le développement SoC co-conçu avec les simulateurs Renode

Cet article démontre comment les simulateurs fonctionnels open-source comme Renode d'Antmicro deviennent indispensables dans la co-conception matériel-logiciel.

Les systèmes embarqués évoluent rapidement, et les SoC de nouvelle génération gagnent en complexité. Selon Semico Research, cette complexité entraîne des cycles de conception plus longs et des coûts plus élevés. Pour répondre aux demandes clients en nouvelles fonctionnalités, sécurité renforcée et meilleures performances, les fabricants doivent adopter la « co-conception whole-stack » — faire évoluer simultanément le matériel, le firmware, les systèmes d'exploitation et les chaînes d'outils. Cependant, sans outils de simulation robustes, la co-conception peut stagner, allongeant les délais et gonflant les budgets.

Les simulateurs fonctionnels open-source comme Renode peuvent combler ce fossé. Ils permettent aux équipes matériel et logiciel de prototyper, tester et itérer en parallèle, raccourcissant dramatiquement le cycle de conception. Ci-dessous, nous explorons une étude de cas réelle avec Dover Microsystems et illustrons comment Renode apporte des avantages tangibles.

Où les simulateurs logiciels peuvent faire défaut

La technologie CoreGuard® de Dover Microsystems illustre le besoin d'un simulateur flexible multi-architecture. CoreGuard est une solution de cybersécurité hybride qui protège les processeurs embarqués contre les attaques basées sur le réseau. Sa conception repose sur un processeur sentinelle qui surveille chaque instruction exécutée par le CPU hôte, assurant la conformité avec un ensemble de règles de sécurité, sûreté et confidentialité appelées micropolicies. Comme la sentinelle doit suivre le rythme du processeur hôte, CoreGuard exige une intégration étroite entre matériel et logiciel, haute performance, faible consommation et surcharge mémoire minimale.

L'équipe matériel de Dover a utilisé une chaîne d'outils SystemVerilog standard pour prototyper CoreGuard sur des SoC RISC-V. Pendant ce temps, l'équipe logicielle devait commencer le développement avant l'existence de tout silicium. Initialement, ils se sont appuyés sur Spike, le simulateur ISA RISC-V disponible sur GitHub. Spike posait deux limitations majeures :

1. Il manque des modèles de périphériques réalistes, forçant l'équipe à ajouter manuellement UART, stockage et autres dispositifs.
2. Spike est uniquement RISC-V, alors que les premiers clients de Dover ciblaient à la fois les plateformes RISC-V et ARM.

Ces défis ont mis en évidence le besoin d'un simulateur flexible multi-architecture capable de modéliser les périphériques sans code personnalisé extensif.

Comment Renode répond aux besoins clés de la co-conception

Antmicro, leader dans la technologie et les services open-source, a développé Renode pour répondre exactement à ces exigences. Renode est un cadre de simulation hiérarchique et modulaire qui exécute du firmware non modifié sur des systèmes complexes — incluant des configurations multi-nœuds, hétérogènes, niveau MCU et compatibles Linux. Sa conception de base traite les cœurs et périphériques comme des blocs de construction interchangeables qui peuvent être connectés via des interfaces standards, reflétant la construction réelle des SoC.

Figure 1. Exemple d'un SoC RISC-V simulé.

Chaque composant — CPU, bus ou périphérique — expose des propriétés et APIs qui permettent une construction rapide de système via des fichiers de configuration et scripts. Cette approche maintient la base de code de Renode légère et abaisse la courbe d'apprentissage. Le support commercial d'Antmicro accélère davantage l'adoption et l'intégration.

En utilisant Renode, les ingénieurs de Dover peuvent :

• Basculer sans couture entre les environnements d'intégration ARM et RISC-V.
• Protyper des SoC à divers niveaux de fidélité, des modèles de référence aux designs spécifiques client.
• Traduire les spécifications matérielles en modèles firmware, permettant les tests logiciels pendant que le matériel reste en développement.

Comment Renode a significativement réduit le cycle de conception de Dover

La nature hybride de CoreGuard nécessitait un développement parallèle du matériel et du logiciel. Renode a permis un flux de travail étroitement couplé illustré dans la Figure 2.

Figure 2. Processus de développement matériel-logiciel intégré de Dover.

Alors que l'équipe matériel commençait l'implémentation SystemVerilog, l'équipe logicielle modélisait de nouveaux blocs en C#, le langage natif de Renode. Le firmware pouvait alors être écrit et exécuté contre ces modèles, avec des résultats validés sur un émulateur FPGA une fois le silicium prêt.

L'approche à double fidélité de Renode offrait des avantages distincts :

• Simulation de faible fidélité — abstraction du matériel CoreGuard — facilitait le débogage rapide des micropolicies, la création de démos et la distribution du SDK client.
• Simulation de haute fidélité — modélisation matérielle précise — permettait le développement du processus de démarrage, le débogage des périphériques, l'exploration de la carte mémoire, et même le test du firmware HDMI avant la disponibilité du silicium.

Au-delà de ces avantages opérationnels, Renode a permis à Dover d'explorer les compromis matériel/logiciel — tels que l'adaptation du taux d'instructions, l'utilisation de la mémoire métadonnées et la consommation d'énergie — sans les délais inhérents à une approche « d'abord le matériel, puis le logiciel ». Cette flexibilité a directement contribué à un cycle de conception plus court et à des coûts de développement plus faibles.

Pour en savoir plus sur comment Renode peut rationaliser vos projets de co-conception, visitez renode.io. Pour une démonstration en direct des capacités de protection de CoreGuard, demandez une démo aujourd'hui.

Cet article a été co-écrit par Michael Gielda, VP Développement Commercial et co-fondateur d'Antmicro.

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