Generic Fronthaul Model Interface for SoC Simulators

Abstract

The development of System-on-Chips is a complex cycle, where system modeling can be used to help verify the system's functionalities and identify flaws before fabrication. System-on-Chip models can be implemented with multiple modeling approaches, ranging between functional, reference, and architectural models. Each have their advantages and may be used in tandem during development. One of the key challenges in system modeling is having a standardized method for interfacing with each model.

To provide support for functional modeling, this thesis presents a generic fronthaul model interface that was designed to solve an interoperability issue between fronthaul models. The interface makes it possible to communicate with the fronthaul model in a simulation environment. Furthermore, the same interface can be used for sending configuration data to the fronthaul model.

This research was conducted for Nokia Networks and utilizes their fronthaul subsystem model made in C++ in a simulated environment. The developed interface was used for interfacing between two fronthaul models. Also, a dedicated configuration subsystem was made and tested for performing external register writes to the fronthaul model using the same interface. To validate the implementation, two test cases were made: one to demonstrate the ability of one model instance to communicate with another one, and one test to evaluate the implementation of the external data writing to the fronthaul model's registers.

The structure of this thesis includes a literary review of the technologies used in fronthaul models, related work, and the components or blocks used in this thesis. After this, the test environment, test scenarios, and their results are discussed. The thesis concludes with a discussion on future work based on the test results.

This work lays groundwork for future interoperability solutions in SoC simulations. The results were positive and both test cases were proven successful. The implementation for the fronthaul model showed promising possibilities, enabling interfacing between the fronthaul models, while also enabling external access to the model's internal registers. The proposed work can be used as tools in the future to make simulations more akin to real life scenarios.

Järjestelmäpiirien (engl. System-on-Chip) kehitys on monimutkainen prosessi, jossa järjestelmän mallinnusta hyödynnetään varmistamaan järjestelmän toiminallisuus ja tunnistamaan vikoja ennen valmistusta. Eri mallinnusmenetelmiä voidaan soveltaa mallien kehityksessä. Nämä menetelmät ovat: funktionaalinen, viite- ja arkkitehtuurimallinnus. Jokaisella menetelmällä on omat hyötynsä, ja niitä saatetaan hyödyntää rinnakkain kehitysprosessin aikana. Yksi päähaasteita järjestelmämallinuksessa on, että ei ole olemassa standardoitua rajapintaa kommunikoimiseen mallien välillä.

Tukeakseen funktionaalista mallinnusta, tämä diplomityö esittää yleisen fronthaul-mallin rajapinnan, jonka tarkoitus on ratkaista yhteentoimivuusongelmia fronthaul-mallien välillä. Rajapinta mahdollistaa kommunikaation fronthaul-mallille simulaatioympäristössä. Samaa rajapintaa voi hyödyntää lähettämään konfigurointidataa fronthaul-mallille.

Tutkimustyö tehtiin Nokia Networksille ja hyödyntää heidän tekemää fronthaul-alijärjestelmän C++-mallia simulointiympäristössä. Kehitettyä rajapintaa käytettiin kommunikoimiseen kahden fronthaul-mallin välillä. Lisäksi kehitettiin ja testattiin erillinen konfiguraatioalijärjestelmä, joka mahdollistaa ulkoisen rekisteridatan kirjoittamisen fronthaul-järjestelmään kyseisen rajapinnan kautta. Toteutuksen validointia varten suoritettiin kaksi testitapausta: yksi testeistä varmistaa mahdollisuuden kahden fronthaul-mallin väliselle kommunikaatiolle rajanpinnan kautta. Toinen testeistä arvioi rajapinnan kykyä mahdollistaa ulkoisen datan kirjoittaminen fronthaul-mallin rekistereihin.

Tämän diplomityön rakenne koostuu kirjallisuuskatsauksesta fronthauleista, niiden teknologioista, vastaavista töistä, ja komponenteista, joita tässä työssä käytettiin. Tämän jälkeen selostetaan testiympäristöstä, testitapauksista, ja testitapauksien tuloksista. Lopuksi käsitellään tutkimuksen johtopäätökset ja tulevaisuuden kehitysmahdollisuudet.

Tämä työ luo pohjan yhteentoimivuusratkaisulle järjestelmäpiirisimulaatioissa. Molemmat testit osoittivat, että kehitetty rajapinta toimii luotettavasti mallien välisessä kommunikaatiossa ja rekisterien konfiguraatiossa. Toteutettu ratkaisu tarjoaa työkaluja realistisempien järjestelmäpiirisimulaatioiden kehittämiseen, joita voidaan hyödyntää tulevaisuudessa mallintamaan paremmin todellisuutta.