1、SoC设计方法与实现 郭炜 郭筝 谢憬 第九章 SoC功能验证2 主要内容 SoC 功能验证的概念 SoC 功能验证的问题和发展趋势 主要的验证技术 软、硬件协同验证 基于断言的验证 (ABV) 3 SoC功能验证的概念 功能验证是指设计者通过各种方法来比较设计完成 的电路模块和设计文档实际规定的功能是否一致； 功能验证的目标是尽量确保设计能够实现设计文档 中所描述的功能； 功能验证的方法主要有软件仿真，软、硬件协同仿 真，形式验证和断言验证。4 主要内容 SoC 功能验证的概念 SoC 功能验证的问题和发展趋势 主要的验证技术 软、硬件协同验证 基于断言的验证 (ABV) 5 SoC功能验证
2、的问题 对于百万门级的设计，功能验证工作占据整个设计 周期的大部分时间，比重超过60% (甚至70%) 30% -70%的人力投入到验证工作中 对于大设计而言，功能验证工作所耗费的CPU时 间呈指数级增长6 SoC功能验证的问题-cont. 设计层次提高增加了验证工作量 在一个较高的抽象级上进行设计使得设计者能够 轻松地实现高度复杂的功能； 需要保证高抽象级上的设计与在RTL级这一层 次上的设计一致； 验证避免在设计、变换及最终产品的映射中存在 信息损失和解释错误。7 SoC功能验证的问题-cont. 系统复杂性提高增加验证难度 设计复杂度不断提高，例如硬件和软件结合、模拟和数 字的共存等；
3、SoC在同一块芯片上集成了大量的IP模块，其片内通信 及模块间接口的复杂度也大大提高； 使其验证的难度和复杂度都达到了前所未有的程度。8 功能验证的发展趋势 新的验证方法和更好的验证工具 传统的验证方式只是基于芯片本身的功能验证，IC设计 工程师与系统工程师工作在各自独立的验证平台上； 功能验证将向系统级设计与IC设计在同一个验证平台上 发展。9 主要内容 SoC 功能验证的概念 SoC 功能验证的问题和发展趋势 主要的验证技术 软、硬件协同验证 基于断言的验证 (ABV) 10 1 、基于事件的模拟 基于事件的模拟把输入激励的任何一个变化都视为 一个事件，每一个模拟时间模拟器处理一个事件。
4、每发生一个事件，就对整个设计重新进行计算直到 模拟出现稳定状态为止； 基于事件的模拟模型包括时序模型和功能模型； 这种模拟同时覆盖设计的功能和时序模型，模拟结 果精确，容易检查出设计对象中的毛刺，特别适用 于异步电路的模拟； 它的缺点是设计规模很大时，模拟将会很慢。11 2 、基于周期的模拟 基于周期的模拟只在时钟的上升沿或下降沿触发， 每一个时钟周期的时间对电路计算一次，在时钟周 期内没有时间概念，它只对同步设计有效； 这种模拟的模拟速度显著提高，是基于事件的模拟 的5倍100倍，适用于需要大型模拟向量的设计 对象，如微处理器、专用集成芯片和系统芯片； 它的缺点是无法检测出设计对象中的毛刺，
5、以及需 要使用时序静态分析工具进行时序验证。12 3 、基于事务的验证 事务就是设计对象与事务处理器之间通过接口所作 的一次数据或控制的传输，如读取某个存储器单元 或传输整个结构式数据报文； 这种验证通过建立系统中各功能模块之间所有可能 的事务类型，系统地加以测试； 这种验证不需要很细致的测试平台及大型向量，验 证速度大大提高。13 4 、软/ 硬件协同验证 软硬件协同验证将软件和硬件同时集成起来并加以 验证，软件小组能够直接在硬件设计对象上执行软 件； 协同验证中，硬件设计采用真实的输入激励来模 拟，减少了创作硬件测试平台所需要的工作量； 软硬件协同验证在设计周期的早期，同时对软件和 硬件加
6、以验证，从而可以加快产品的上市时间。14 5 、硬件仿真器 以硬件形式测试系统，仿真系统是专门设计出来的 软件和硬件系统，通常含有可重配置逻辑、现场可 编程门阵列； 首先把设计映射到仿真器元件上，然后给定测试向 量并检测仿真器的输出； 硬件仿真器使用真实硬件进行验证，对于复杂设计 可以得到更高的吞吐量，运行速度比软件仿真快好 几个数量级。15 6 、快速原型 也称硬件建模，是待验证对象的一种硬件设计表示 形式，常用FPGA 或ASIC 来实现； 快速原型通过快速地实现系统设计中的硬件模型， 让软件模块在真正的硬件上高速运行，实现SoC 设 计的软硬件协同验证。16 7 、硬件加速器 是指为了加
7、速逻辑模拟而把门级网表映射到专门的 硬件中； 该技术将软件模拟中部分或全部元件映射到特意为 加快某些模拟操作的速度而设计出来的硬件平台； 通常是让几个待验证的设计对象在硬件加速器中 运行，而测试平台仍然以软件形式运行； 硬件加速器可以提供非常快的仿真速度，但同时也 需要很长的代码编译时间，它适合要进行应用程序 测试的大型设计，不太适合小模块设计。17 8 、模拟混合信号模拟 使用模拟混合信号硬件描述语言如Verilog-A 、 VHDL-A 等为模拟电路的系统模拟建立行为模型。18 9 、静态Lint检查 对设计对象的代码作静态检查来验证其在语法上的 正确性； 可以在设计周期的早期进行，查出设
8、计代码中的简 单错误，避免使用更高级的工具而耗费大量的时间。19 10、静态时序分析 时序验证用来确定设计是否已满足建立时间、保持 时间和各种延迟时序等时序要求； 静态时序分析根据设计规范的要求通过检查所有可 能路径的时序，在同步电路设计中快速地找出时序 的异常，不需要模拟和输入； 静态时序分析速度快，检查完整，可以达到 100%覆盖率。20 11、形式验证 是数学地证明一个描述具有某些属性或两个不同抽 象层次的描述在功能上是等价的； 形式验证技术有定理证明，模型检查和等价性检 查； 形式验证不需要测试平台和测试向量，可保证 100%的覆盖率，但是，只适合验证小规模的电 路。21 12、代码覆
9、盖状况分析 是对设计对象的寄存器传输级视图的一种分析； 通过覆盖分析获得将一套专门的测试运用到特定设 计对象之后的功能覆盖状况； 这种量化分析可以在功能模块级进行，也可以在系 统级进行。22 13、基于断言的验证 用一种语言来描述设计的功能行为，然后将断言嵌 入在设计中，或放在一个单独的外部文件中，在仿 真或形式验证的过程中，断言将被仿真工具或形式 验证工具检查，设计者就能够知道设计是否满足所 描述的功能行为； 根据设计中断言所描述的功能行为的不同，可以将 其分为三种：应用断言、接口断言和结构断言。23 14、物理验证 物理验证需要分析解决时序、信号完整性和串扰等 问题； 工业界的做法是在版图
10、之前的设计阶段估计各种物 理效应，在版图之后的设计阶段再提取和分析这些 物理效应。24 主要内容 SoC 功能验证的概念 SoC 功能验证的问题和发展趋势 主要的验证技术 软、硬件协同验证 基于断言的验证 (ABV) 25 软硬件协同验证 软硬件协同验证是一种可以使得嵌入式系统软件在系统硬 件仿真模型上运行的方法，它可以从硬件和软件上对系统 进行完整的验证； 软硬件系统验证的困难之处在于在设计早期提供可以运行 软件的硬件虚拟原型； 现在的软硬件协同验证工具中一般对常用的处理器核（如 ARM 系列）、总线模型（如AMBA ）和外围IP建立了模 型库； 在软硬件协同验证环境中，可以检查软硬件的接口
11、关系， 探究系统的各项性能，分析系统的瓶颈，这样在设计的早 期，可帮助设计者合理的配置软硬件资源，提高系统的整 体性能。26 软硬件协同验证 在建立系统硬件模型时，可以采用多种建模策略； 根据设计规范可以有两个独立的团队建立两种类型 的模型，一个团队建立RTL的模型，一个团队建立 基于C语言的模型； 在协同验证中通常采用协同仿真的方法，协同仿真 是通过同步的方式连接两个或者多个仿真器进行联 合仿真。现在的ESL工具都支持这种联合仿真。27 主要内容 SoC 功能验证的概念 SoC 功能验证的问题和发展趋势 主要的验证技术 软、硬件协同验证 基于断言的验证 (ABV)28 基于断言的验证 (AB
12、V) 在通常的功能验证中，面临的两个问题是可观测性 和可控制性； 对于整个设计的端口上的信号比较容易控制，但是 对于设计内部的信号却很难直接去控制，必须加一 定序列的测试矢量才能使内部信号达到要求的状态。29 基于断言的验证 (ABV)cont . 用常规的仿真方法发现功能上的错误必须要有两个条件：一是 合适的输入矢量能够激活错误，二是错误要能够以某种预期的 形式输出。 如果错误没有表现出来，就很难发现错误，而且发现错误时， 也已经历了多个周期的传输，很难追踪产生错误的根源； 如图通过验证平台施加测试向量。30 基于断言的验证 (ABV)co n t. 采用断言描述设计的行为，在仿真时起到监控
13、作 用，当监控的属性出现错误时，立刻触发错误的 产生，增加了设计在仿真时的可观测性； 用断言描述的属性既可以用在仿真中起到监控设 计行为的作用，也可以用在形式属性检查中作为 要验证的属性； 属性检查时，是对整个状态空间进行搜索，能够 控制到每一个信号，解决了设计验证时的可控制 性问题。31 基于断言的验证 (ABV)co n t. 基于断言的验证方 法，把断言规范与 仿真技术、形式验 证技术，甚至综合 等有机结合起来， 最有可能成为下一 代硬件设计和验证 中革命性的方法。32 断言 在仿真时断言起到监控行为的作用，在属性检查 时，则作为要验证的属性； 如果用硬件描述语言来写断言，大多数仿真工具
14、会 支持断言的使用； 不同的属性检查工具也会支持不同的断言语言描述 的属性。 现在选择任何一种仿真工具和属性检查工具，都可 以满足一个基于断言的验证平台的基本要求。 基于断言的验证，使得断言规范在各种验证技术中 都能起到作用，如形式验证、仿真验证、混合验证 等。33 在仿真中使用断言 在仿真环境中，断言起到监控设计的行为，修正产 生的激励及功能覆盖统计等。与常规的仿真相比只 是加入了断言，不影响仿真中采用其他技术； 值得注意的是，整体的测试质量与断言的加入是没 有关系的，断言只是提高了设计的可观测性； 在仿真时断言监控有不成立的地方，会在靠近错误 发生的地方给出提示信息，这样能够加速调试错误
15、的过程。34 在属性检查中使用断言 在属性检查中，最重要的就是属性描述。只要断言 能够得到属性检查工具的支持，针对设计规范要求 开发的断言就可以作为属性，在形式验证中使用； 断言属性检查依然面临着两个问题： 状态空间爆炸问题，使得断言属性检查不能够应用在比 较大的验证中； 环境的限制作用。 在属性检查时为一个模块创建接口限制断言，可以 作为与之相邻的另外一个模块的输出断言检查，在 系统级仿真时起到监控输出的作用。35 断言语言 可描述断言的语言：具有标准的断言格式和良 好的工具支持 Open Vera Assertions Language (OVA) (Synopsys) Property
16、Specification Language (PSL) (IBM, based on Sugar) Accelera Open Verification Library (OVL) SystemVerilog C or SystemC36 论述范围：（任选其中一个或几个方面， 或者关于SoC系统开发的其他方面） 你对SoC的认识，SoC设计的现状、发展趋势 和面临的挑战等； SoC设计的流程； SoC设计与EDA 工具； SoC架构设计； IP复用的设计方法； SoC功能验证等。 大作业37 作业要求： 格式：前后字体统一，行距、段距一致，排版工整； 摘要：简练，概括全文； 内容：逻辑清晰，安排合理； 参考文献：至少2篇； 字数：至少3000字。 大作业SoC设计方法与实现 郭炜 郭筝 谢憬 Thank you
