數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建

數(shù)字IC驗證流程數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建一、數(shù)字IC驗證流程驗證的流程并行于設(shè)計流程驗證工程師閱讀硬件規(guī)范并擬定驗證計劃，然后依照計劃創(chuàng)建測試來檢查RTL代碼是否準(zhǔn)確實現(xiàn)了所有特性。1.1制定驗證計劃：驗證計劃是和硬件規(guī)范緊密聯(lián)系在一起的，它描述了需要驗證什么樣的特性，以及采用哪些技術(shù)。驗證技術(shù)可能包含有定向或隨機(jī)的測試、斷言、軟硬件協(xié)同驗證、硬件仿真、形式驗證（formality工具比較RTL與網(wǎng)表是否一致），以及對驗證IP的使用。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建1.1驗證計劃的制定制定驗證計劃分為三部分：制定功能驗證需求書、指定驗證平臺的抽象層次、激勵的產(chǎn)生和結(jié)果檢查方案。1.1.1功能驗證需求書的內(nèi)容是確認(rèn)設(shè)計的哪些功能是需要被驗證的，它主要是測試用例（testcase）和功能點(testpoint)的一個列表，構(gòu)成了整個驗證計劃的基礎(chǔ)?；诟采w率驅(qū)動的驗證環(huán)境中功能覆蓋率是功能測試完備程度的指標(biāo)。功能覆蓋率就是對功能點的覆蓋。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建1.1驗證計劃的制定1.1.2制定驗證平臺的抽象層次：驗證平臺搭建優(yōu)先考慮制定驗證平臺的抽象層次，高層次的抽象建?？梢宰屍脚_中低層次的功能自動化，提高驗證平臺的效率。1.1.3激勵的產(chǎn)生和檢查方案：有四種激勵產(chǎn)生器：基元產(chǎn)生器、場景產(chǎn)生器、多流產(chǎn)生器和基于狀態(tài)的產(chǎn)生器。這四種激勵產(chǎn)生器均是自動化生成激勵，擴(kuò)展基類即可實現(xiàn)?；a(chǎn)生器用于生成相互獨(dú)立的事務(wù)，事務(wù)之中的數(shù)據(jù)變量是相互無關(guān)的。場景發(fā)生器生成的是一個數(shù)據(jù)或事務(wù)描述符的序列。多流發(fā)生器即多個數(shù)據(jù)流的發(fā)生器。基于狀態(tài)的發(fā)生器是使隨機(jī)化生成過程依賴于外部狀態(tài)信息。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建1.1驗證計劃的制定檢查方案：一般公司均采用計分板（scoreboard）檢查機(jī)制。Scoreboard的工作原理：DUT產(chǎn)生的響應(yīng)input_stream壓棧到queue1中，expect_stream為DUT的期望響應(yīng)，expect_stream壓棧到queue2中，然后將兩個隊列彈棧進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，同時scoreboard在仿真過程中report自檢查的統(tǒng)計結(jié)果。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建1.2搭建驗證平臺1.2.1搭建驗證平臺的方法：搭建模塊級驗證平臺時，信號層、被測設(shè)計（DUT）和驗證環(huán)境（programtest）必須在頂層模塊實例化。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建1.2搭建驗證平臺1.2.2搭建驗證平臺的注意點：1.VIP的驗證組件的使用可以大大縮短平臺搭建的開發(fā)周期。2.sub_env組件的使用，實現(xiàn)模塊級到子系統(tǒng)級的復(fù)用，提高平臺的可重用性。3.個性化代碼。由callback實現(xiàn)，使用回調(diào)方法來檢測流過事務(wù)處理器的數(shù)據(jù)流，利用回調(diào)（callback）插入異常（erroinjection）和收集功能覆蓋率。4.在搭建模塊級驗證平臺時，使用好的代碼風(fēng)格易實現(xiàn)模塊級代碼的復(fù)用。5.驗證平臺搭建好后，跟RTL代碼一樣，是一個不斷完善的過程。在驗證的過程中不斷完善自己的平臺，使其方便、準(zhǔn)確的驗證我們的項目。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建1.3回歸測試與覆蓋率收斂全部測試用例被成功運(yùn)行后，驗證就進(jìn)入回歸測試和覆蓋率收斂階段。回歸測試要求能夠周期的批處理運(yùn)行、測試用例必須能夠容易得到重現(xiàn)、成功與失敗能夠自動檢測。覆蓋率顯示出設(shè)計被測試的程度，是驗證收斂的重要標(biāo)準(zhǔn)。所有的測試應(yīng)該在每天或者每周做回歸而且周期性的運(yùn)行。設(shè)計人員或者驗證工程師應(yīng)該查看覆蓋率，從而修改或者添加更多的測試用例，從而盡可能達(dá)到100%。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建二、VMM分層次驗證平臺VMM是IC設(shè)計領(lǐng)域的一種高級驗證方法學(xué)，主要由ARM和synopsys公司的設(shè)計驗證領(lǐng)域的專家共同設(shè)計，用于開發(fā)先進(jìn)的驗證環(huán)境，已成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)公認(rèn)的驗證方法標(biāo)準(zhǔn)。VMM驗證方法學(xué)的基礎(chǔ)是systemverilog語言。Systemverilog是一種由verilog發(fā)展過來的硬件描述、硬件驗證統(tǒng)一語言，前者是2005年版verilog的擴(kuò)展，而后者的功能驗證特性以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)。VMM所有的方法學(xué)基礎(chǔ)來自于systemverilog，并吸收了C語言的一些先進(jìn)思想。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.1VMM驗證方法學(xué)的特點1.受約束的隨機(jī)激勵2.覆蓋率驅(qū)動3.使用事務(wù)處理器的分層測試平臺4.對所用測試用例通用的測試平臺5.獨(dú)立于測試平臺之外的個性化代碼建立VMM風(fēng)格的測試平臺所需要的時間要比傳統(tǒng)的定向測試平臺多得多，但對于驗證大規(guī)模的電路來說，VMM驗證平臺要比傳統(tǒng)的定向測試平臺功能驗證的齊備性要高得多，大大提高流片的成功率，并且平臺的可重用性在后期的驗證工作中將發(fā)揮節(jié)約測試時間和人力資源的功效。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2基于事務(wù)的驗證環(huán)境事務(wù)（Transaction）是指驗證平臺與DUT之間通過設(shè)計的特定接口（interface）進(jìn)行的高層次的數(shù)據(jù)或者控制信號的傳輸。接口包含了連接、同步、甚至兩個或者更多塊之間的通信功能，它們連接了設(shè)計塊和測試平臺。基于事務(wù)的驗證技術(shù)是對底層信號的封裝，這樣驗證人員可以關(guān)注工程中的事務(wù)級驗證，而不是過分關(guān)注底層的邏輯和時序的實現(xiàn)。因此是在對更高抽象級別上對系統(tǒng)硬件的建模，在接口組件上交換數(shù)據(jù)或執(zhí)行事件。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.1VMM分層次驗證平臺VMM驗證方法學(xué)是一種基于事務(wù)的層次化驗證方法學(xué)。層次化是把驗證的步驟分層進(jìn)行，把驗證工作提高到更高的抽象層次，即事務(wù)層。VMM驗證平臺分為五層，每一層完成獨(dú)立的功能，層與層之間通過接口相互連接。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.1VMM分層次驗證平臺數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.1VMM分層次驗證平臺測試層即測試用例，是頂層模塊，控制著整個環(huán)境的運(yùn)行；設(shè)定約束使激勵產(chǎn)生器生成相應(yīng)的命令操作和數(shù)據(jù)；定義新的隨機(jī)場景，同步不同的事務(wù)并創(chuàng)建直接測試用例。場景層即產(chǎn)生器（generator），產(chǎn)生應(yīng)用于功能層數(shù)據(jù)和事務(wù)描述符。產(chǎn)生器根據(jù)指定的約束和隨機(jī)場景來生成相應(yīng)的命令操作和數(shù)據(jù)。帶約束的隨機(jī)測試在此層引入。測試場景是一系列隨機(jī)的有著某種關(guān)聯(lián)的事務(wù)，每種測試場景代表著一種獨(dú)立的事務(wù)來針對一個特殊的邊界功能。功能層是對DUT功能驗證的核心部件。功能層從場景層接收到數(shù)據(jù)和事務(wù)描述符，事務(wù)描述符主要是選擇事務(wù)處理的類型，例如是讀操作還是寫操作。接收的數(shù)據(jù)一般是對DUT施加的激勵，分為DUT的配置信息和DUT的交換數(shù)據(jù)。此外，功能層還包含比較器和功能覆蓋模塊，比較器負(fù)責(zé)檢查DUT的功能是否滿足設(shè)計規(guī)范，功能覆蓋模塊用于統(tǒng)計和記錄DUT的功能覆蓋情況。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.1VMM分層次驗證平臺命令層主要包含驅(qū)動器和監(jiān)視器這兩種事務(wù)處理器。驅(qū)動器從通道接收到功能層傳遞下來的事務(wù)，將事務(wù)激勵轉(zhuǎn)化為信號級激勵信號，通過接口對DUT進(jìn)行驅(qū)動。驅(qū)動器中的事務(wù)被定義為基于接口的最小數(shù)據(jù)傳輸或命令操作，比如寄存器的讀寫、發(fā)送包數(shù)據(jù)等。監(jiān)視器檢測DUT的各個引腳信號的變化，將引腳信號所表征的信息轉(zhuǎn)換為事務(wù)，通過事務(wù)通道反饋給驗證平臺的高層模塊。最底層為信號層，完成驗證平臺與DUT的引腳連接。該層提供的信號可以被上層直接訪問，給平臺帶來了極大的靈活性。信號層是用systemverilog編寫的接口，在接口中定義了信號的同步或異步時序關(guān)系，對應(yīng)于DUT的引腳信號的時序。一旦DUT的引腳發(fā)生了變化只需要修改systemverilog定義的信號，使得驗證工程師的精力可以集中在更高的抽象層次上。以事務(wù)級的角度看VMM驗證環(huán)境的基礎(chǔ)架構(gòu)，可以看到從測試用例到最后BFM（總線功能模型）的處理，都是對事務(wù)的處理。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.1VMM分層次驗證平臺BFM（busfunctionmodel）的作用是把底層總線的時序封裝起來，向上層提供一個統(tǒng)一的任務(wù)接口，使上層不用關(guān)心底層的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，而專注于testcase的設(shè)計。這一點同c++的面向?qū)ο蟮母拍詈茴愃?，在c++里，對象相當(dāng)于命令或調(diào)用，而對象的成員函數(shù)實現(xiàn)具體細(xì)節(jié)，外部無需關(guān)心它的內(nèi)部細(xì)節(jié)。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.2VMM數(shù)據(jù)與事務(wù)數(shù)據(jù)與事務(wù)就像整個VMM驗證平臺的細(xì)胞，它存在于驗證環(huán)境中的每個組件。VMM的場景層（generator)用于生成驗證環(huán)境的數(shù)據(jù)和事務(wù)描述符，而VMM的其他驗證組件均是對事務(wù)進(jìn)行處理的處理器（除測試層和信號層外）。Synopsys公司應(yīng)用systemverilog的繼承（extends）語言特點提出基類概念，基類是Synopsys編寫的一個模型，用戶只需根據(jù)自己項目要求擴(kuò)展基類就能生成自己的驗證模型。Vmm_data和Vmm_xactor分別是數(shù)據(jù)與事務(wù)的生成和處理的基類。Vmm_data基類是驗證平臺中所有事務(wù)描述以及數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)。這個類提供的一些屬性和方法專門用于生成數(shù)據(jù)包和事務(wù)描述符。Vmm_xactor基類被用作處理所有事務(wù)的基礎(chǔ)，包括總線功能模型，監(jiān)視器和發(fā)生器。它提供一套標(biāo)準(zhǔn)的控制機(jī)制，作為所有事務(wù)控制的基礎(chǔ)。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.2VMM數(shù)據(jù)與事務(wù)Vmm_data和vmm_xactor兩個基類基本構(gòu)成了VMM的場景層、功能層和命令層的驗證組件，而繼承的方法，又可以方便的定制用戶需要的數(shù)據(jù)和事務(wù)處理器模型，因此，VMM驗證平臺非常容易搭建。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.3VMM事務(wù)層接口數(shù)據(jù)與事務(wù)生成于激勵生成器并被不同的事務(wù)處理器處理。VMM規(guī)定兩個事務(wù)處理器之間，必須使用通道來進(jìn)行事務(wù)交易。Vmm_channel是Synopsys推出的通道模板類。Channel傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)與事務(wù)，而Vmm_data是對數(shù)據(jù)與事務(wù)的生成模板類，所以vmm_channel應(yīng)該是vmm_data擴(kuò)展類的通道。Vmm_channel::put將新生成的數(shù)據(jù)與事務(wù)描述符添加到通道。Vmm_channel::get從通道中獲得新生成的數(shù)據(jù)與事務(wù)描述符。Vmm_channel的函數(shù)還有很多，其他的可參考VMM驗證方法學(xué)手冊。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.2.4事務(wù)處理器的協(xié)調(diào)工作事務(wù)層的接口使VMM驗證平臺的各組件在縱向上實現(xiàn)了連接，但是并沒有實現(xiàn)各組件橫向上的同步執(zhí)行。VMM提供了通知（notify）接口實現(xiàn)同步執(zhí)行。Vmm_notify是VMM提供的一個基類。Vmm_notify類實現(xiàn)進(jìn)行通知服務(wù)的接口。該通知服務(wù)可為并發(fā)線程或者事務(wù)提供同步機(jī)制。Vmm_notify有三種通知同步模式，ONE_SHOT、BLAST、ON_OFF。vmm_notify::ONE_SHOT事件一旦觸發(fā)，解除以前等待的線程。vmm_notify::BLAST在通知發(fā)出的同一個時階，所有等待通知發(fā)出的線程同時得到通知。本模式可以消除某種形式的競爭條件。Vmm_notify::ON_OFF通知是電平敏感的。顯式的復(fù)位后，才能解除通知的有效。將不再繼續(xù)等待仍然有效的通知線程。本模式可消除某種形式的競爭條件。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.3基于覆蓋率驅(qū)動的驗證環(huán)境覆蓋率驅(qū)動驗證是一個基于仿真的驗證方法，專門被開發(fā)用來解決當(dāng)前功能驗證項目面臨的效率和完備性挑戰(zhàn)。Synopsys公司提供的VCS工具能夠生成覆蓋率列表，分析覆蓋率列表，驗證工程師可在最短的時間內(nèi)找到哪些功能已經(jīng)通過測試，哪些功能還沒有被測試到，從而保證驗證的完備性。覆蓋率可分為：代碼覆蓋率、功能覆蓋率、漏洞率和斷言覆蓋率。代碼覆蓋告訴驗證者在一個特定仿真運(yùn)行中，所有RTL設(shè)計描述代碼是否被執(zhí)行。代碼覆蓋率只說明了RTL代碼被運(yùn)行過，并不能說明RTL功能被執(zhí)行了。功能覆蓋率則能很清楚的告訴我們哪些功能點被執(zhí)行過了。漏洞率是衡量覆蓋率的一個間接的方式，漏洞率與項目所處的階段、近期設(shè)計上的變化、正在集成的模塊、人事上的變動等等有關(guān)，每次比率下跌時，就應(yīng)該尋找各種不同的方法去測試各種邊界情況。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.3基于覆蓋率驅(qū)動的驗證環(huán)境斷言是用于一次性地或在一段時間內(nèi)核對兩個設(shè)計信號間的關(guān)系的聲明性代碼。斷言最常用于查找錯誤，例如兩個信號是否應(yīng)該互斥或者請求是否被許可等。一旦檢測到問題，仿真立即停止。斷言也可用于檢查仲裁算法、各種FIFO以及其他硬件。以上這些情況會使用到assertproperty語句。有些斷言會被用于查找感興趣的信號值或設(shè)計狀態(tài)，例如一次成功的總線數(shù)據(jù)交換。這要用到coverproperty語句。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.3基于覆蓋率驅(qū)動的驗證環(huán)境數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.3基于覆蓋率驅(qū)動的驗證環(huán)境當(dāng)所有測試案例都仿真結(jié)束后，就要收集覆蓋率，分析驗證結(jié)果。覆蓋率通常會有四種情況：1、代碼覆蓋率功能覆蓋率都很低，說明產(chǎn)生的測試激勵較少，沒有觸發(fā)DUT全部功能。此時需檢查驗證平臺的generator，是否封裝了所有DUT的所有輸入數(shù)據(jù)以及配置數(shù)據(jù)，另外也要檢查平臺的各個處理器是否存在缺陷。2、功能覆蓋率明顯高于代碼覆蓋率，可能是設(shè)計中的冗余代碼太多也可能是驗證人員對DUT的功能點提取不夠全面和完整。3、代碼覆蓋率明顯高于功能覆蓋率，有兩種可能，一是測試激勵沒有觸發(fā)DUT的某些功能，測試應(yīng)增加一些針對某些功能的受約束的測試?yán)?；二是功能覆蓋點定義的有問題，驗證人員對DUT功能的錯誤理解，定義了一些不可能達(dá)到的錯誤功能點。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.3基于覆蓋率驅(qū)動的驗證環(huán)境4、代碼覆蓋率和代碼覆蓋率都很高，但是并沒有達(dá)到我們的預(yù)期，此時如果再采用隨機(jī)驗證方法將浪費(fèi)很多時間，可以手動的加入一些定向測試案例來對DUT進(jìn)行驗證，提高覆蓋率。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.4可重用的驗證環(huán)境Synopsys推出很多基于VMM關(guān)于驗證的VIP（verificationIP），這些VIP可以在VMM的驗證環(huán)境中方便的集成和重用，極大的提高了整個驗證的效率。AMBA總線在SOC設(shè)計中應(yīng)用極為普遍，Synopsys針對AMBA總線也有自己的VIP，對其功能和時序方面做了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯俊ｒ炞C分為：模塊級驗證、子系統(tǒng)級驗證、系統(tǒng)級驗證。模塊級驗證主要驗證單一模塊的功能，子系統(tǒng)級驗證則側(cè)重于多個模塊間的交互，系統(tǒng)級驗證更關(guān)注整個系統(tǒng)的性能。使用sub_env可以使得模塊驗證能夠應(yīng)用到子系統(tǒng)級和系統(tǒng)級的驗證平臺的開發(fā)中去，那么子系統(tǒng)和系統(tǒng)級驗證平臺就不需要再構(gòu)建該模塊的部件，節(jié)省了整個驗證項目的時間。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.4可重用的驗證環(huán)境VMM提供的基類vmm_subenv，用來對重用模塊進(jìn)行封裝。Vmm_subenv中提供的方法configure()、start()、stop()、report()，決定了重用模塊的封裝和使用的基本模式。實現(xiàn)subenv時，方法new()中，根據(jù)配置文件來決定Subenv內(nèi)部組件的連接方式，進(jìn)行連接，并構(gòu)建重用模塊。方法configure()中，實現(xiàn)對DUT的配置。方法start()中，將subenv中的模塊啟動起來，這個start()在環(huán)境env中的start()調(diào)用的。方法stop()和start()類似，由環(huán)境env調(diào)用執(zhí)行。方法report()可以報告這個重用模塊在仿真中的執(zhí)行情況。數(shù)字IC設(shè)計驗證平臺的搭建2.5VMM提供的標(biāo)準(zhǔn)庫為了方便工程師更加快速的搭建標(biāo)準(zhǔn)化驗證平臺，VMM為用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)庫。VMM標(biāo)準(zhǔn)庫中主要的基類：1.Vmm_env基類，用于控制每個測試用例運(yùn)行，包括產(chǎn)生測試用例配置、建立驗證平臺、復(fù)位DUT、配置DUT、測試執(zhí)行以及最后執(zhí)行停止并輸出報告。2.Vmm_data