重復(fù)使用UVM RTL驗(yàn)證測(cè)試進(jìn)行門(mén)級(jí)仿真詳細(xì)過(guò)程介紹

當(dāng)我們驗(yàn)證片上系統(tǒng)（SoC）嵌入了具有多個(gè)數(shù)字外設(shè)的微處理器以及可能的模擬模塊時(shí)，我們希望檢查所有實(shí)現(xiàn)的功能和可能的極端情況，以最大限度地縮短驗(yàn)證時(shí)間。多種技術(shù)和方法的混合用于改進(jìn)功能驗(yàn)證并提取覆蓋等級(jí)的度量：基于通用驗(yàn)證方法（UVM）的形式驗(yàn)證和隨機(jī)約束測(cè)試增加了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性。有時(shí)我們?yōu)镽TL驗(yàn)證創(chuàng)建一個(gè)完美有效的測(cè)試，但發(fā)現(xiàn)它不能在門(mén)級(jí)仿真期間重復(fù)使用，因?yàn)閁VM監(jiān)視器掛在內(nèi)部SoC信號(hào)上，這些信號(hào)在實(shí)現(xiàn)階段后可能會(huì)消失或改變。

本文將描述創(chuàng)建有效的自檢模型是多么容易，這些測(cè)試既簡(jiǎn)單又可以在門(mén)級(jí)模擬過(guò)程中重復(fù)使用。令人驚訝的是，通過(guò)改變數(shù)據(jù)流，我們可以為測(cè)試平臺(tái)帶來(lái)好處，降低記分板的復(fù)雜性，這也意味著更少的測(cè)試開(kāi)發(fā)時(shí)間。

流程基于實(shí)例化UVM驗(yàn)證用于檢查接口的組件，例如SPI，I 2 C，＆amp; UART，但它也可以擴(kuò)展到更復(fù)雜的接口。

SoC驗(yàn)證流程

最有效的SoC驗(yàn)證是基于內(nèi)部總線內(nèi)部，特定內(nèi)部模塊和主SoC接口上的多個(gè)UVM驗(yàn)證組件（UVM VC）的實(shí)例化。這些UVM VC用作總線協(xié)議檢查器（例如，AMBA檢查器）;串行協(xié)議檢查器和主動(dòng)主控器（例如，I 2 C，SPI，UART，JTAG，SATA，PCIe）。

基于UVM開(kāi)發(fā)的測(cè)試應(yīng)該是自檢的;必須通過(guò)檢查器驗(yàn)證每個(gè)操作，激勵(lì)和事務(wù)，如果不匹配，會(huì)引發(fā)一個(gè)“標(biāo)志”，停止模擬并發(fā)出模擬器控制臺(tái)上顯示的錯(cuò)誤消息并寫(xiě)入日志文件。

通信接口（例如，SPI）的驗(yàn)證需要使用由在總線上獲取事務(wù)的收集器形成的UVM VC，用于檢查協(xié)議合規(guī)性的監(jiān)視器以及生成的生成的總線功能模型（BFM）交易。 SoC和外部UVM VC之間交換的數(shù)據(jù)通過(guò)名為記分板的模塊進(jìn)行驗(yàn)證。

此記分板至少有兩個(gè)端口，其中添加的對(duì)象與第二個(gè)相匹配 - 參考。如果不匹配，則發(fā)出錯(cuò)誤。在門(mén)級(jí)仿真期間必須重復(fù)使用這種檢查器以刺激關(guān)鍵路徑。圖1顯示了驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)的簡(jiǎn)單框圖，該平臺(tái)使用多個(gè)檢查器進(jìn)行有效的驗(yàn)證方法。

圖1：典型的UVM驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)

黃色塊是UVM VC?？偩€監(jiān)視器是一個(gè)只有監(jiān)視器和檢查器的無(wú)源組件。

用于測(cè)試串行外設(shè)的通用數(shù)據(jù)流是將數(shù)據(jù)從UVM VC發(fā)送到微處理器并檢查數(shù)據(jù)是否有到達(dá)目的地（微處理器）。在第二步中，我們將數(shù)據(jù)從微處理器發(fā)送到UVM VC，檢查正確的數(shù)據(jù)是否已到達(dá)目的地（UVM VC）。

圖2顯示了數(shù)據(jù)記分板<的示例/i>用于全雙工同步通信（例如，SPI）。 UVM VC和外圍總線上的監(jiān)視器（被動(dòng)）用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到記分板：UVM VC發(fā)送的數(shù)據(jù)被添加到記分板 TX路徑，當(dāng)它們到達(dá)外圍設(shè)備時(shí)，將通過(guò)總線監(jiān)視器發(fā)送到相同的記分板進(jìn)行匹配。來(lái)自外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)被添加到記分板 RX路徑中，并與UVM VC被動(dòng)監(jiān)視器接收的數(shù)據(jù)相匹配。

圖2：全雙工同步外設(shè)示例

此方法的主要缺點(diǎn)是門(mén)級(jí)仿真的可移植性。在實(shí)施階段，RTL中可用的內(nèi)部信號(hào)可能會(huì)在優(yōu)化的網(wǎng)表中消失，UVM VC模塊的綁定變得困難，有時(shí)甚至不可能（例如，在合成期間刪除未使用的端口）。

新的SoC驗(yàn)證流程

新流程的基本概念是記分板中檢查的數(shù)據(jù)不應(yīng)來(lái)自內(nèi)部SoC節(jié)點(diǎn)上綁定的監(jiān)視器（參見(jiàn)圖2）。因此，修改了測(cè)試平臺(tái)配置，以便僅使用UVM VC（主動(dòng)和被動(dòng)）進(jìn)行頂層綁定的數(shù)據(jù)檢查。內(nèi)部監(jiān)視器（綁定在SoC內(nèi)部節(jié)點(diǎn)上的監(jiān)視器）僅用于RTL仿真，檢查總線的合規(guī)性并跟蹤覆蓋范圍。

此時(shí)，有必要更改數(shù)據(jù)在UVM VC和SoC外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)包的流程。主要要求是：

數(shù)據(jù)隨機(jī)化

門(mén)級(jí)模擬的可移植性

易用性

由UVM VC生成并由外圍設(shè)備接收的隨機(jī)約束數(shù)據(jù)分組被SoC用于生成出站分組。為了增加隨機(jī)化，SoC中的微處理器計(jì)算接收數(shù)據(jù)的CRC并將結(jié)果用作要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

記分板將從UVM獲取數(shù)據(jù)VC，在將它們添加到數(shù)據(jù)列表之前，它將計(jì)算CRC。從外圍設(shè)備返回的數(shù)據(jù)將直接添加到記分板以進(jìn)行匹配過(guò)程。圖3顯示了這個(gè)新流程的一個(gè)示例。

圖3：數(shù)據(jù)檢查的新方法

計(jì)算CRC非常簡(jiǎn)單;對(duì)于記分板，可以使用內(nèi)置函數(shù)（偽方法），例如，可以使用 e 語(yǔ)言：

list_bytes 。crc_32（來(lái)自字節(jié)，字節(jié)數(shù)）

list_bytes 。crc_8（來(lái)自字節(jié)，字節(jié)數(shù)）

它逐字節(jié)讀取列表返回位或字節(jié)列表的CRC函數(shù)的整數(shù)值?？梢杂?jì)算CRC，定義起始字節(jié)（通過(guò)第一個(gè)參數(shù) from byte ）和選定的字節(jié)數(shù)（通過(guò)第二個(gè)參數(shù)字節(jié)數(shù)）。

32位CRC的生成多項(xiàng)式為：

x 32 + x 26 + x 23 + x 22 + x 16 + x 12 + x 11 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 + x 2 + x +1

8位CRC的生成多項(xiàng)式為：

x 8 + x 2 + x + 1

類似的函數(shù)用于SoC中微處理器執(zhí)行的 C 代碼：

POLY_GEN8為0x03?？梢允褂肞OLY_GEN32 = 0x2608EDB為CRC32擴(kuò)展該功能。

使用此方法可以極大地簡(jiǎn)化記分板上的數(shù)據(jù)管理;由于數(shù)據(jù)檢查是在串行接口上進(jìn)行的，因此它與微處理器總線的數(shù)據(jù)大小無(wú)關(guān)，可以是8,16,32位或更多。以下是記分板的示例。

全雙工同步接口

如果是全雙工同步接口，例如SPI，我們可以有兩種可能的模式：外設(shè)是從機(jī)，或外設(shè)是主機(jī)。

當(dāng)外設(shè)是從機(jī)時(shí)，事務(wù)由外部UVM VC啟動(dòng)。全雙工模式意味著必須同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于我們希望避免在SoC側(cè)生成數(shù)據(jù)（在 C 代碼上沒(méi)有有線數(shù)據(jù)），因此有效數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)延遲。此延遲應(yīng)在記分板上實(shí)現(xiàn)，以便正確比較交換的數(shù)據(jù)。

圖4：全雙工數(shù)據(jù)序列用于從模式

圖4顯示了在主（UVM VC）和從（外設(shè)）之間交換的數(shù)據(jù)序列的示例。由外圍設(shè)備發(fā)送的第一個(gè)符號(hào)對(duì)于記分板“不關(guān)心”，因此被釋放。微處理器需要一些時(shí)間從緩沖區(qū)獲取數(shù)據(jù)并計(jì)算CRC。一段時(shí)間后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，交換繼續(xù)從UVM VC隨機(jī)生成和來(lái)自外圍側(cè)的偽隨機(jī)數(shù)據(jù)（在D x 上計(jì)算的CRC）。

我們可以通過(guò)使用傳統(tǒng)的“不關(guān)心”數(shù)據(jù)（例如，零）來(lái)進(jìn)行自動(dòng)符號(hào)同步。當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)不應(yīng)由UVM VC生成。 SoC上的外設(shè)將發(fā)送零直到CRC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，并且UVM VC以足夠的零符號(hào)終止以完成記分板中的匹配。

當(dāng)外圍設(shè)備是主設(shè)備時(shí)，事務(wù)通過(guò)微處理器自行啟動(dòng)。

圖5：主模式的全雙工數(shù)據(jù)序列

數(shù)據(jù)流與奴隸模式的情況非常相似。圖5顯示了在主（外設(shè)）和從（UVM VC）之間交換的數(shù)據(jù)序列的示例。外圍設(shè)備發(fā)送的第一個(gè)符號(hào)對(duì)于記分板“不關(guān)心”。 UVM VC用隨機(jī)符號(hào)D x 回復(fù)，微處理器用它來(lái)計(jì)算外圍設(shè)備發(fā)送的偽隨機(jī)數(shù)據(jù)。如上所述，黃色突出顯示的符號(hào)是在記分板中比較的符號(hào)。

半雙工接口

如果是半雙工接口，例如I 2 C，我們可以有兩種可能的模式：外設(shè)是從機(jī)，或外設(shè)是主機(jī)。

外設(shè)是slave，事務(wù)由外部UVM VC啟動(dòng)。半雙工模式基于通信協(xié)議，其中主設(shè)備發(fā)送命令請(qǐng)求數(shù)據(jù)作為回復(fù)或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到專用從設(shè)備。

對(duì)于全雙工模式，有必要定義良好的流程這樣可以避免 C 代碼中的數(shù)據(jù)（非隨機(jī)）并使數(shù)據(jù)檢查變得簡(jiǎn)單：

通過(guò)發(fā)送write命令啟動(dòng)事務(wù)。 UVM VC將開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)包。在計(jì)算CRC之后，這些數(shù)據(jù)被添加到記分板中。

接收的數(shù)據(jù)被DUT用作“回復(fù)讀取”命令。微處理器計(jì)算接收數(shù)據(jù)的CRC并準(zhǔn)備數(shù)據(jù)包以進(jìn)行回復(fù)。

UVM VC發(fā)送讀命令。外圍設(shè)備開(kāi)始發(fā)送先前準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將添加到記分板中以進(jìn)行匹配。

圖6顯示了此數(shù)據(jù)握手的簡(jiǎn)單圖表。

圖6：從模式的半雙工數(shù)據(jù)交換

主模式

當(dāng)外圍設(shè)備是主設(shè)備時(shí)，事務(wù)通過(guò)微處理器自行啟動(dòng)。

在這種情況下，為了利用UVM VC的隨機(jī)約束特性，協(xié)議必須

通過(guò)發(fā)送讀命令啟動(dòng)事務(wù)。 UVM VC將開(kāi)始作為回復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)包。在計(jì)算CRC之后，這些數(shù)據(jù)被添加到記分板中。

接收的數(shù)據(jù)被DUT用作“寫(xiě)入數(shù)據(jù)”命令。微處理器計(jì)算接收數(shù)據(jù)的CRC并為下一步準(zhǔn)備數(shù)據(jù)包。

外設(shè)發(fā)送寫(xiě)命令，然后開(kāi)始發(fā)送先前準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將添加到記分板中以進(jìn)行匹配。

圖7顯示了此數(shù)據(jù)握手的簡(jiǎn)單圖表。

圖7：主模式的半雙工數(shù)據(jù)交換

復(fù)雜協(xié)議

相同的方法可以也可用于USB或以太網(wǎng)等復(fù)雜協(xié)議。概念是相同的：對(duì)于全雙工通信，初始符號(hào)是“不關(guān)心”（空符號(hào)），然后DUT使用接收的樣本來(lái)計(jì)算CRC并將數(shù)據(jù)發(fā)回。

對(duì)于半雙工，數(shù)據(jù)交換由UVM VC啟動(dòng)，然后DUT使用接收的數(shù)據(jù)包構(gòu)建傳輸數(shù)據(jù)包。