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面向SoC的IP核及嵌入式处理器功能验证方法研究.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《面向SoC的IP核及嵌入式处理器功能验证方法研究pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含论文作者签名:指导教师签论文评阅人l:评阅人:评阅人:评阅人:评阅人:臣殳庆盘覃兰公筮!量!函童望垒主聋王支太莹垒至耋出狙遮主。星五堂毒鲤岳嘘心阻雌符等。

论文作者签名:指导教师签论文评阅人l:评阅人:评阅人:评阅人:评阅人:臣殳庆盘覃兰公筮!量!函童望垒主聋王支太莹垒至耋出狙遮主。星五堂毒鲤岳嘘心阻雌盥‰研毛咋遣名垩阊‘’’磕盔驽国答辩委员会主席:昱羞麟教援逝江太堂电氢工猩堂院委员l:芒瞳退塾援浙江太堂电氢王猩堂院委员:昱瞳这数援浙江态堂电氢王程堂院委员:但压生熬援浙江太堂电氢王程堂院委员.隧』皆雄塾援逝江太堂信息曼电王王猩堂丕委员:ExaminingCommitteeChairperson:WuWeilin,Professor.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity.ExaminingCommitteeMembers:.YanXiaolang,Professor.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversityWuXiaobo,Professor.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversityChenXiexiong,Professor.DepartmentofInformationScienceandElectronic.Dateoforaldefence.Engineering,ZhejiangUniversity..m爪劬嚣协浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得逝江太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名.苣鬟库签字吼加p年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝堑太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权逝堑太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:|串。‘p竺两导师签签字日期.孙年月日签字魄洲。年占月日|浙江大学博士学位论文致谢致谢光阴荏苒岁月如梭转眼间我已在浙江大学度过了五年的博士学>j生涯。在这里我得到了最扎实的专业知识学>j得到了最系统的科研方法训练得到了最坚毅的品格性情磨练得到了最温暖的人文生活关怀。感谢我的母校浙江大学我的母系信息与电子工程学系所给予我的辛勤培养和无私教诲以后无论身处何时何地我都将永远铭记和践行一名求是学子的责任与力量。五年的博士生涯中我要特别感谢我的导师严晓浪教授他一直以来对我悉心关怀、尽心指导以他渊博的学识高瞻的境界和蔼可亲的态度严谨治学的精神极大地影响着我熏陶着我激励着我促使我不断前进。作为一名博士生能师从严老师是我一生的荣幸。衷心感谢葛海通老师他多年来在项目工作中对我充分信任鼓励关心帮扶支持促进我快速成长在生活中他温和包容无微不至坦诚豁达是我的良师益友让我终身难忘。衷心感谢黄凯博士与孟建熠博士你们作为我的师兄在学>j研究和项目工作中给予我热情帮助答疑解惑一以贯之不厌其烦。多年以来在与你们的热烈讨论和思想交流中我的视野得到了开阔思维得到了活跃。在研究方向和职业发展上你们给予了我细致的分析与中肯的建议让我受益匪浅。你们是我永远的好兄长。衷心感谢浙江大学超大规模集成电路设计研究所的史峥老师、吴晓波老师、何乐年老师、沈海滨老师、罗小华老师、张培勇老师、潘贽老师、丁勇老师。我的成长是与实验室老师们的辛勤教学悉心指导以及辛劳的实验室建设分不开的。感谢全励、董文箫、周喜川、杨祚巍、曹葵康、程爱莲、严晓峰、马斌、潘虹、徐建等同学在各个方面给予我的帮助和关心让我在实验室大家庭里温暖如春。感谢杭州中天微系统有限公司的同学同事们感谢杨建师兄、刘坤杰师兄、阳晔师兄、杨军师兄、李德贤师兄彭剑英师姐在项目工作中给予我的帮助和支浙江大学博士学位论文致谢持。感谢SoC项目组的冯炯、林锋毅、马德、李春树和你们携手探索SoC设计之路虽忙碌辛苦但充实快乐。感谢CPU项目组的丁永林、彭信民、陈志坚、张欣、傅可威、徐鸿明、龚帅帅、沙子岩CKCore的发展强大是我们共同的梦想我以曾与你们共同努力奋斗过而备感骄傲。感谢软件组李春强、刘兵感谢系统组刘智力、莫鹏飞感谢后端组吕冬明、郑丹丹、黄雪维等同学给予我的帮助与支持。衷心感谢含辛茹苦养育我二十五年的父亲母亲你们的关爱永远是我进取的动力是我战胜困难的勇气。我一定会继续努力不辜负你们的殷切期望。最后感谢我的女友周远你的乐观和陪伴给我的生活带来了欢笑和感动漫漫人生路因为有你而更加精彩。殷燎年月于浙大求是园II提高了IP接口的设计复用性。采用SPIRIT标准构建IP的设计与验证资源规范化描述库并提出了面向目标SoC系统的IP自动化集成流程。通过高层抽象建模方法设计了包括系统级功能模型与外设行为模型在内的虚拟SoC平台为不同IP提供统一的验证环境。基于虚拟SoC平台正交分解IP的功能验证激励空间分别优化IP的通信接:与逻辑功能验证用例生成流程有效压缩了激励冗余度提高了激励生成的效率与可复用性。、嵌入式处理器时钟精确模型设计方法与系统调用转换方法。采用面向对象方法对处理器仿真模型的流水线架构与功能模块单元进行分离建模与设计并基于稳定流水线架构对离散功能模块开展快速重构提高时钟精确仿真模型对嵌入式处理器设计空间的搜索能力。面向目标仿真程序中的系统调用请求提出系统调用转换的直通通道方法采用时钟精确仿真模型中的寄存器组模块与总线接口模块对系统调用的参数和数据进行提取和转换在虚拟系统与宿主系统之间进行系统调用的传递与实现支持目标程序的快速仿真和高效调试。、嵌入式处理器验证平台与动态仿真流程.建立由验证用例随机激励生成器与资源库信号层验证子平台仿真参考模型与结果检测覆盖率统计等部分所组成的嵌入式处理器验证平台并基于该平台提出了动态仿真流程方法将平台调度流程与仿真流程相分离设计平台调度中心控制验证平台的单向主控流llI浙江大学博士学位论文摘要程设计仿真流程控制台实现动态循环的仿真流程实现了处理器验证平台的一次静态编译、多次动态随机激励生成与循环仿真有效压缩了编译时间消耗提高了仿真效率。、基于层次化架构的处理器随机激励生成方法。提出处理器功能空间的层次化建模方法基于处理器指令集进行指令功能的聚合与抽象根据功能粒度的不同构建层次化验证资源库其中包括场景配置库与功能操作库对处理器随机激励生成提供验证资源支持.基于验证资源库提出层次化的受约束随机激励生成方法实现约束的分层设计、添加与单向链式传递高效完成随机激励流生成。该技术提高了处理器随机激励的生成效率与质量并增强了随机过程的可控性与可扩展性。本文所提出的各项方法与技术对于提高IP核与嵌入式处理器功能验证效率与质量具有积极的推动作用从而加速SoC的设计验证进程.关键词虚拟SoC平台IP核验证系统调用转换动态仿真流程处理器验证受约束随机激励生成IV浙江大学博士学位论文AbstractAbstractWitIlseriouscontradictionbetweenrapidincreasingSoCdesigncomplexityanddemandsofshortertimetomarketfunctionalverificationhasbeenaseverechallengingproblemofVLSIdesign.TheresearchobjectofthisthesisisaboutfunctionalverificationofIPcoresandembeddedprocessors.Verificationplatformsverificationtoolssimulationflowsandverificationmethodologysarestudiedandnewtechniqueswereproposedsystematicallytoachievehi曲efficiencyofIPdesignverificationandembeddedprocessorfunctionalverification.ItnotablyimprovedthekeybasiccomponentsverificationefficiencyofSoCandpromotedSoCdesignandverificationprocess.Thecontentsandoriginalcontributionsofthisthesisareas.VirtualSoCplatformbasedIPcoresdesignandverificationmethod.UnderthedirectionoforthogonalizationtheoryaboutcomputingandcommunicationwedecomposedfunctionspaceofIPcoresintointernallogicsandcommunicationinterfacesanddesignedgeneralbusinterfacesforIPcorestoimproveinterfacereusability.AccordingtoSPIRITstandardIPdescriptionlibrarieswereestablishedwhichcontaineddesignandverificationresourcesandautomaticIPintegrationflowWasproposedforobjectiveSoCsystems.Throughhi曲levelabstractionmodelingmethodwedesignedvirtualSoCplatformincludingsystematicfunctionmodelsandperipheraldevicebehaviormodelsprovidingoneuniformverificationenvironmentfordifferentIPs.Basedonit,thestimulusspacesofIPsweredecomposedorthogonaly,andthestimulusgenerationflowsofIPcommunictioaninterfacesandintema!logicswereoptimizedrespectively.Thismethodcompressedstimulusredundancyandimprovedtheefficiencyandreusabilityofstimulusgeneration..Cycleaccuratedembeddedprocessormodeldesignmethodandsystemcalltranslationmethod.AdoptingOOPmethodwedecomposedprocessormodelsVintotwopartsincludingpipelinearchitectureandfunctionalmodulesanddesignedthemrespectively.Basedonstablepipelinearchitecturediscretefunctionalmoduleswerereconstructedtoimprovetheexploringabliltyofprocessormodelsforprocessordesignspace.Tosupportsystemcallrequestsbytheobjectivesimulationprogramweproposeddirectchanneltranslationmethod.Usingregisterfilemoduleandbusinterfaceunitofprocessormodelsweextractedandtranslatedparametersanddataofsystemcallsimplementingtransmittingandtranslationbetweenprocessormodelsandhostsystems.Thismethodsupportedfastsimulationprocessandwellefficientdebuggingofobjectivesimulationprogram..VerificationplatformanddynamicsimulationflowofembeddedprocessorsOneintegralverificationplatformforembeddedprocessorswasestablishedincludingtestcasepartrandomstimulusgeneratorandresourcelibrarypartsignallevelverificationsubplatformpartreferencesimulationmodelandresultcheckingpartandcoveragestatisticpart.Basedonthisplatformweproposeddynamicsimulationflowmethodwhichseparatedthesimulationcontrolflowwiththeverificationplatformschedulingflow.AccordingtothemethodverificationschedulingcenterWasestablishedtodesignonewaymaincontrolflowforplatformandsimulationflowcontrolcenterWasestablishedtoimplementdynamiccircularsimulationflow.Withonestaticcompilingofverificationplatformthismethodcouldimplementdynamicstimulusgenerationandcircularsimulationprocess.Itcouldnotablycompresscompilingtimeconsumingandimprovesimulationefficiency.Layeredeonstraintedrandomstimulusgenerationmethod.ForprocessorfunctionalverificationspacelayeredmodelingmethodWasproposedwhichdesignedlayeredfunctionalverificationresourcelibraryaccordingtodifferentabstractiongranularitiesofinstructioncombinations.Thislibraryincludedscenarioconfigurationlayerandfunctionoperationhayer,providingverificationresourcesforrandomstimulusgeneration.Baseonit,layerconstraintedrandomstimulusgenerationmethodwasproposedinwhichconstraintswereinjectedintorandomstimulusVI浙江大学博士学位论文Abstractgeneratorlayerbylayerandpasseddownonewayinchainbetweenlayers.Itgeneratedstimulusstreamwithhighefficiency.Thistechniqueimprovedthequalityandefficiencyofrandomstimulusgenerationandenhancedthecontrollabilityandextendabilityofrandomprocess.AllthemethodsandtechniquesproposedinthisthesishadpositiveeffectsonimprovingthefunctionalverificationefficiencyandqualityoflPcoresandembeddedprocessorsandtheycouldpromoteSoCdesignandverificationprocesssignificantly.Keywords:VirtualSoCPlatformIPVerificationSystemCallTranslationDynamicSimulationFlow,ProcessorVerificationConstrainedRandomStimulusGeneration.VIlVIII第章功能验证技术研究现状..验证技术分类..基于仿真的验证方法....静态分析验证方法..形式化验证方法..验证方法对比总结.基于软件仿真的功能验证方法..验证平台技术..验证激励生成技术..结果检测技术..覆盖率技术.本章小结。第章基于虚拟SoC平台的IP正交设计验证方法.概述.......相关研究工作介绍。.基于虚拟SoC平台的IP正交设计验证整体流程与方法。.基于正交划分的IP通用AHB总线接口设计....AHB总线与目标SoC系统架构..IP通用AHB总线接口设计...基于SPIRIT标准的IP描述与系统集成......ISPIRIT标准...基于SPIRIT标准的IP设计描述.IX浙江大学博士学位论文目录.虚拟SoC平台架构.TLM验证组件集VIP验证组件集激励任务接口.IP验证激励正交优化方法及生成流程..IP验证激励正交优化方法l..IP通信接口验证用例生成流程优化..IP逻辑功能验证用例生成流程优化.实验结果与分析...通用AHB总线接口的配置与实现....IP验证结果与分析..基于SPIRIT标准的IP系统集成.本章小结.第章嵌入式处理器仿真模型设计与系统调用转换方法。.时钟精确的处理器仿真模型设计方法..CKCore嵌入式处理器。..处理器功能单元建模方法..基于逆向流水的处理器流水线结构建模方法..处理器仿真模型与目标仿真程序.处理器仿真模型中系统调用直通通道转换方法..系统调用的一般实现过程....系统调用直通通道转换方法l.SPARK仿真模型中系统调用转换直通通道的实现与结果。..“读(read())”系统调用的转换实现..部分其他系统调用的转换实现一.本章小结第章嵌入式处理器功能验证平台与仿真流程研究..传统处理器验证方法学~..新型处理器验证方法。.新型处理器验证平台架构及设计方法...验证语言选择..验证用例设计方法...随机激励生成器与资源库...信号层验证子平台与结果检测XJJJJ浙江大学博士学位论文目录..覆盖率分类建模与统计..基于覆盖率反馈的激励调整策略.嵌入式处理器功能验证的动态仿真流程方法..验证平台调度中心与主控流程..动态仿真流程控制台与流程..完整验证流程方法.实验结果与分析。.本章小结第章基于层次化架构的处理器随机激励生成方法。.相关研究工作介绍....处理器功能空间层次化建模方法与验证资源库..处理器硬件定制..场景配置库..功能操作库.层次化约束架构与随机激励生成...场景层约束与场景流生成..功能层约束与功能流生成一..指令流生成.实验结果与分析。...激励效率比较一..设计故障发现率比较...本章小结第章总结与展望..论文研究工作总结.本文局限与未来工作展望参考文献附录AIP通用AHB接口从设备接口信号列表。附录BIP通用AHB接口主设备接口信号列表.附录CCKCore指令集及分类。攻读博士学位期间发表/录用的学术论文.攻读博士学位期间获得授权的国家发明专利XIXU浙江大学博士学位论文图目录图目录图.摩尔定律指导下的INTEL微处理器规模增长趋势..图.设计鸿沟与验证鸿沟图.集成电路设计验证流程图.验证激励随机粒度划分图.仿真验证流程.图.覆盖率驱动随机激励生成.图.面向SoC的IP设计验证需满足的要求图.基于虚拟SoC平台的lP正交设计验证流程.图.IP功能设计空间的正交性划分。图.目标SoC中AHB与APB总线架构图.IP通用AHB总线接口结构与功能.图.AHB从设备接口结构与信号图.AHB主设备接口结构与信号。图.SPIRIT标准的结构、接口与流程图.基于SPIRIT标准的IP与SoC设计集成流程图.IP的盯L设计与XML标准描述的关系图.IP的验证用例与XML标准描述的关系图.MACIP的COMPONENTXML文件接口描述图.虚拟SoC平台与组件图.VIP验证组件集的组成..图.VIP验证组件集的验证体系架构图.VIP验证用例任务接口与BFM.图.基于来源与功能的双重IP验证激励接口.j图.激励正交化映射方法及激励生成流程划分图.IP验证激励生成流程优化.图.TRG流程实现与多激励流生成图.IP内部功能逻辑与通用总线接口代码量对比.XIII浙江大学博士学位论文图目录图.验证平台仿真结果图.IP通信接口验证用例生成流程实验结果图.AST流程部分代码转换结果.图.异构双核SOC芯片版图图.基于仿真模型的处理器功能验证流程原理.图.CKCORE处理器组件构成框图。图.基于流水线架构的功能模块重构.图.传统处理器仿真模型中正序流水线仿真方法.图.基于逆向流水的处理器流水线结构建模方法..图.宿主机、仿真模型目标仿真程序之间的关系.图.针对处理器仿真模型的系统调用直通通道方法.图.标准库函数与系统调用..图.系统调用与编译链接工具.图.系统调用直通通道整体实现流程图.系统调用转换子通道实现流程图.基于直通通道的系统调用转换整体流程图.新型嵌入式处理器验证方法。图.新型验证平台组成结构与模块划分。图.验证语言的对比与选择.图.验证用例、随机激励生成器及资源库部分一图.随机验证用例示例.图.信号层验证子平台与结果检测部分。图.基于功能覆盖率反馈的闭环验证流程..图.基于功能覆盖率反馈的激励调整策略.图.验证平台调度中心及主控流程.图.仿真流程控制台“TBTOP”组成结构。图.SRANGEN与PATGEN子流程.图.动态仿真流程.XⅣ图.场景层激励流生成过程..。图.复合场景配置流组成结构图.功能层约束与激励流生成流程图.功能层静态约束机制图.功能层动态约束机制.图.指令层随机汇编指令文件生成.图.指令层激励生成流程与最终文件生成.图.不同验证方案间激励效率比较.图.不同验证方案间设计缺陷发现率.XⅥ浙江大学博士学位论文表目录表目录表.验证技术对比总结.表.AST流程中验证用例部分转换规则表.IP所配置AHB主设备接:与从设备接口一览.表.通用AHB总线接口的面积与时序表.IP验证平台代码复用率..表.正交映射前后验证用例数量对比..表.异构双核SoC的IP来源分类。表.SPARK仿真模型中已支持实现的目标系统调用表.验证平台调度中心的宏定义与变量列表.表.CKCORE处理器硬件定制。表.CKCORE场景库定义。表.普通受限随机与层次化随机所需代码量XVIII浙江大学博士学位论文第章绪论.研究背景与意义第章绪论伴随着人类社会踏进信息时代作为高新科技代表的电子信息技术发展El新月异。集成电路技术与产业已经迅速发展成为信息产业大厦的基石。伴随着集成电路的发展与应用其设计制造规模一直在飞速增加。摩尔定律指出集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔个月便会增加一倍性能也将提升一倍【l】。在过去的近半个世纪里集成电路的规模几乎都是遵循着它所预言的路线图而不断增长.以微处理为例Intel公司给出的数据表明Intel微处理器自诞生至现在其规模一直依据摩尔定律在不断增长【】如图.所示。transistors。。YeaC图.摩尔定律指导下的Intel微处理器规模增长趋势规模的增长带来了集成电路功能的日益复杂与集中出现了诸多问题与挑战包括日益复杂的功能和更加苛刻的可靠性之间的矛盾日益庞大的设计规模和愈加紧迫的上市时间之间的矛盾等。诸多矛盾的根本原因是集成电路领域内各项技术能力的发展存在着深刻的不平衡。其主要体现在两个方面一是集成电路的设计能力落后于制造能力二是集成电路的验证能力远远落后于设计与制造能为。第一个方面表现在过去年芯片的可制造集成度平均以每年%的速度增加而芯片设计能力仅以平均每年l%的速度增加导致设计与制造间存在鸿l浙江大学博士学位论文第i章绪论沟。但随着近些年EDA设计工具自动化程度的迅速提高基于IP复用的设计方法学的广泛应用以及高级抽象建模与高层综合的发展集成电路的设计能力得到了跃升设计能力与制造能力之间差距的增幅已经在逐步放缓。极大制约集成电路设计能力进一步提高的另一个重要因素是验证生产力远远滞后于制造与设计生产力【】并且从目前来看这一差距还在不断加速扩大如图.所示。这导致在整个集成电路产业中需要在验证领域投入更多的人力、工具与时间资源以弥合其与设计制造间存在的生产力鸿沟。在集成电路的制造、设计、验证三大领域中验证技术已经成为瓶颈.雾IimO图.设计鸿沟与验证鸿沟能够进一步说明验证问题复杂性与艰巨性的是在年VSIA(VirtualSocketInterfaceAlliance)组织创立了一个验证小组认为有必要专门针对验证进行讨论。经过初步商讨专家们的结论是“Verificationishard”然而几个星期之后经过了更深入的讨论相关的结论变成了“Verificationisnotharditisveryhard”。在第三届VSIA验证工作者会议结束之后结论又发生了变化,"Verificationisnotjustveryharditisvery,veryhard”。从这三次不同的表述中【】可以发现集成电路的验证工作已经成为一个挑战具有极其重要的特殊地位.由于验证的不充分性而导致的产品缺陷会造成严重的后果.例如Intel公司在年因为奔腾处理器的芯片组功能缺陷而不得不花费亿美元在全球范围内进行产品的召回.而就在年业界又一著名公司Nvidia的GPU与MCP产品被发现存在缺陷导致其花费近两亿美元进行相关产品的召回与更换。由此可见验证工作的不完整所带来的巨大代价特别是在集成电路设计进入浙江大学博士学位论文第章绪论到SoC时代后将更加凸显。SoC设计技术与产品自上世纪年代中期诞生以来迅速取代了基于标准逻辑单元(StandardLogicCell)库的ASIC半定制设计而成为了数字集成电路设计的主流。由于可以充分利用已有的技术积累SoC显著的提高了集成电路产品的设计效率与能力同时带来了功能的爆炸性增长【】。在SoC中嵌入式微处理器、数字信号处理器通信总线模拟/数字IP(IntellectualProperty)核、存储器(或片外存储控制接口)等信息系统的关键部件被集成在一块硅片上使得设计复杂性呈指数型增长更使得SoC的验证面临严峻挑战。在SoC验证领域目前业内普遍认同的看法是验证工作所耗费的时间资源和人力资源占整个SoC系统开发的比例至少为%【】。并且随着SoC功能复杂度的不断上升相关验证复杂度更是以指数形式上升。成功的设计必须依靠完备的验证能否验证充分达到验证收敛能否满足验证速度和覆盖率要求这一个个看似传统的问题已成为摆在SoC设计者面前的最大障碍。由于基于IP复用的SoC设计方法学的广泛采用基础性组成部件如逻辑IP核及嵌入式处理器的功能验证可靠性对于SoC的验证有着重要的意义.由于可复用IP核会带来功能缺陷的放大效应【】任何微小的缺陷都会随着IP核的复用扩散至所有采用该IP核的SoC设计中带来严重的系统性风险故对于IP核和嵌入式处理器其验证质量必须达到极高的水平。同时由于基础性部件包括IP核与嵌入式处理器其验证工作占用整个SoC验证的大部分资源、人力与时间消耗故提高IP核及嵌入式处理器的验证效率压缩验证时间降低人员消耗对于整个SoC的验证效率提高具有重要意义。据统计在芯片首次流片失败的案例中超过%是由于芯片的逻辑功能错误造成的【】功能验证已经成为验证领域的重中之重。图.显示了集成电路设计的完整流程其中功能验证始于对功能规范的深入理解目标是保证待验证电路的功能与设计规范书中所定义的功能相符合。与将功能规范转换为实际电路的设计流程不同功能验证需要面向所有可能.的情况与条件对待验证电路进行功能正确性检验为此需要耗费大量劳动具有高度的复杂性。另外如图.所示功能验证在整个验证流程中处于较早阶段这使得其验证完备性尤为重要浙江大学博士学位论文第l章绪论因为在越早阶段发现和排除设计缺陷其代价就越小反之花费的代价和可能导致的后果越为严重。图.集成电路设计验证流程故由以上的分析可知面向SoC的IP核及嵌入式处理器功能验证一方面具有高度复杂性面临着众多困难与挑战另一方面需要对电路功能进行高质量的完备验证确保其正确性具有极其重要的地位与意义。.功能验证技术面临的挑战面向SoC设计领域功能验证技术面临着巨大挑战.主要表现在验证空间管理、验证复用性验证抽象层次、验证激励随机化、覆盖率反馈自动化等方面。)在验证空间管理方面由于SoC设计规模愈发庞大待验证对象的输入激励组合空间与内部功能状态空间均呈现出指数级爆炸增长.一方面为了确保验证的完备性与可靠性需要对验证空问进行全覆盖检查每一个存在的激励组合与功能状态另一方面由于验证空间爆炸采用平面式的遍历搜索或随机方浙江大学博士学位论文第章绪论法已无法有效管理激励空间与状态空间导致极低的验证效率【】。为了破解这一难题需要改变平面式空间管理方法将庞大的验证空间有序分解根据激励空间与状态空间特性采用先分解再合成的方法独立为多个验证子空间由于验证空间的指数型模型特性经过分解后得到的子空间规模大大缩减分别对每个规模较小的子空间进行验证激励组合与验证状态组合的检查覆盖。最后将各个子空间的验证覆盖结果汇总进行合成与确认从而达到对整个庞大验证空间的有效管理与完备覆盖。)验证复用性是提高验证效率的重要途径并能够大幅降低人工劳动强度【。它面临两方面的挑战首先是验证平台的可复用性其中可分为同层次验证平台可复用性与跨层次验证平台可复用性。前者所指的是面向待验证IP核其模块级验证平台如何在不同IP核问复用以适用于各种不同逻辑功能IP的验证需求。跨层次验证平台复用性指的是IP核的模块级验证平台如何与待集成的目标SoC系统级验证平台进行复用使得系统级验证能够复用已有的模块级验证平台资源从而缩减系统级验证平台的重复性开发工作。验证复用性所面临的另一方面挑战是验证激励的跨层次可复用性在SoC系统级验证流程中需要对已集成的IP单元进行在系统重新验证以确保集成正确在这一过程中如何复用IP核模块级验证流程中已有的IP验证激励从而降低系统级验证流程中激励的重复开发成为了一项挑战。)验证抽象层次对于建模效率验证流程可控性仿真速度等均具有重要意义。基于HDL硬件描述语言的传统信号级描述代表了较低的验证层次只适用于面向硬件底层信号的建模无法高效描述抽象的功能与行为难以适应大型复杂设计的功能验证需求。其挑战主要可分为两个方面即验证语言与建模方法。在验证语言方面传统的HDL硬件描述语言其设计初衷并非面向功能验证故在数据结构与流程控制上无法满足功能验证的高抽象特性及控制流程要求【】。在建模方法上寄存器传输级建模方法虽然可完成精确至时钟周期的仿真以及细化到寄存器单元的操作但是在功能验证中寄存器传输级建模会导致仿真速度的减慢与开发效率的降低这些都与功能验证的需求不相适应.)验证激励随机化生成是功能验证中的重要方面它基于随机化验证思浙江大学博士学位论文第章绪论想极大地解放了人工手写验证用例的低效与繁杂提高了激励生产率向验证自动化迈进了一大步】。但在随机验证激励生成方面仍面临着两大挑战一是随机粒度的划分另一个是随机层次的划分。随机激励的粒度大小直接关系着随机效果与验证有效性粒度太细极端情况如对所有输入信号的逻辑取值进行随机会造成随机激励空间爆炸导致生成激励所需时间过长无法有效完成激励覆盖如图.中(a)所示.若随机粒度太粗则会导致构造粗粒度随机单元的人工工作量上升而随机自动化工作量比例下降极端情况如手工撰写的输入激励组合文件激励用例粒度过大而随机空间过小无法充分发挥自动化优势如图.中(b)所示。如何进行随机激励粒度的恰当选择成为随机验证用例生成的第一个挑战。图.验证激励随机粒度划分随机激励生成的另一个挑战是随机层次的划分。不分层次的全局性随机必然带来效率低下以及激励生成流程的不可控性不可扩展性难以维护性并导致在应对覆盖率结果时难以有效调整激励分布策略。故需要一个层次清晰的随机激励架构其中每个层次面向某一抽象级别的功能激励分层生成各层间相对独立并相互约束以此对随机生成流程进行更有效的管理和扩展。随机激励流程的层次化划分是激励随机化面临的又一挑战。验证激励生成流程需要结合验证粒度的划分和验证层次的划分达到高效随机效果与良好的可控性.)覆盖率反馈自动化。传统的功能验证方法难以建立统计覆盖率数据与验证激励生成之间的映射联系对于覆盖率结果的分析以及利用其指导改进验证激励分布策略的过程始终需要手工进行并严重依赖于验证工程师的经验导致验证激励的产生和调整效率低下尤其是面向复杂SoC功能验证时更加突出.如何有效利用覆盖信息驱动验证激励的自我调整与优化减少人工干预提高浙江大学博士学位论文第章绪论激励质量成为覆盖率反馈自动化所面临的挑战【】。.本文研究内容及主要创新点..本文研究内容面向SoC的功能验证其关键在于构成SoC的基础性组件的验证可靠性与完整度并且SoC的整体验证进度也由基础性组件所主要决定。本文围绕SoC功能验证中的两大基础性关键课题展开:逻辑m核的功能验证方法与嵌入式处理器的功能验证方法。在逻辑IP核的设计与验证方面首先提出了IP的通用总线接口设计在不同IP间复用通用总线接口并兼容第三方总线协议增强了IP设计复用性。其次基于SPIRIT标准提出并构建了IP的规范化描述库对IP的设计验证资源进行规范化描述并提出了面向SoC的自动化集成流程。最后面向IP的功能验证从验证平台、验证组件、验证激励三个方面进行了深入研究。在验证平台方面基于TLM建模方法提出并构建了虚拟SoC平台取代模块级验证平台成为IP间的统一验证环境增强了不同IP间的验证复用性。在验证组件方面提出并设计了VIP验证组件集作为IP的系统外设模型构造出完整的IP验证环境。在激励生成方面将IP的功能激励空间正交分解为通信与计算子空间缩减验证冗余同时面向不同激励类型分别优化其生成流程采用随机化方法、高级语言解析转换方法等提高激励生成的效率与质量。对于SoC的另一类基础性组件嵌入式处理器其功能验证相比于逻辑IP核更为复杂。本文从仿真参考模型设计、验证平台架构与流程设计、验证激励生成等三个方面对嵌入式处理器的功能验证方法进行了深入研究。在嵌入式处理器时钟精确仿真模型的设计方面首先基于面向对象方法提出了分离式建模技术分别针对时钟精确仿真模型中的流水线架构与功能单元进行独立建模并基于稳定流

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