基于eRM建立自動化的驗證平臺

摘要：為了縮短SoC項目開發(fā)中前端驗證的時間，實現(xiàn)自動化的可重用性驗證環(huán)境平臺，采用了eRM驗證方法學(xué)，通過Sequence，BFM，Moni-tor，Scoreboard，Coverage等驗證組件來實現(xiàn)此驗證平臺，并給出了基于此平臺的一個應(yīng)用實例，極大地提高了驗證的效率和功能覆蓋率。
關(guān)鍵詞：驗證時間；eRM；eVC驗證平臺；隨機測試

    集成電路已進入高速發(fā)展的階段，半導(dǎo)體制造商極為成功的實現(xiàn)了摩爾定律的預(yù)期發(fā)展速度，為了縮短芯片上市時間，驗證工程師必須保證芯片在流片前能得到很完備的驗證。為了使日益復(fù)雜的項目達到理想的功能覆蓋率，驗證面臨著巨大的挑戰(zhàn)。eRM是一種基于e語言的驗證方法學(xué)，通過Sequence，Bfm，Mkmitor，Scoreboard，Coverage等驗證組件建立驗證平臺，可以對芯片進行Direct，Random等測試，并且可以很好地統(tǒng)計功能覆蓋率，極大地?fù)?jù)高了驗證效率和生產(chǎn)率。

1 常用驗證方法
    從一個設(shè)計的功能驗證來看，僅通過模塊的接口界面(輸入／輸出信號端口)就完全可以驗證器件的行為以及其實現(xiàn)的所有功能，否則該器件的屬性就是不可控制的或是不可預(yù)測的。功能驗證一般通過以下3種方法：黑盒法、白盒法、灰盒法。
    黑盒法是指驗證人員不需要用關(guān)心設(shè)計內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，所有的驗證都可以通過接口完成，無需直接訪問設(shè)計的內(nèi)部狀態(tài)。白盒法是是對設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)具有完全的預(yù)測和控制能力，根據(jù)驗證功能點可以迅速設(shè)置感興趣的狀態(tài)和輸入激勵，但不具備重用性。而灰盒法是介于二者之間，既有基于界面的驗證組件，也有對內(nèi)部狀態(tài)控制和檢查的組件，為提高驗證效率和重用性，一般采用灰盒法。

2 eRM驗證方法學(xué)
    eRM驗證方法學(xué)采用的是e驗證語言，利用了e語言中的測試激勵的生成、激勵數(shù)據(jù)的驅(qū)動、輸出結(jié)果的采樣、輸出響應(yīng)的檢查、功能覆蓋率分析等組件，降低了驗證過程中的人工干預(yù)，提高了驗證的生產(chǎn)率。
2．1 eVC驗證平臺
    eVC(e Verification Component)是基于eRM方法學(xué)的驗證環(huán)境韻通稱，eVC包括所有相關(guān)的驗證組件，從編寫測試激勵到功能覆蓋率的收集，從模塊驗證到系統(tǒng)驗證，都可以通過eVC來實現(xiàn)。為了提高驗證效率，驗證人員都都會開發(fā)一個黃金eVC，在實際項目中只需要根據(jù)實際協(xié)議擴展該黃金eVC即可，在驗證環(huán)境開發(fā)前期，節(jié)省了大量的代碼。典型的eVC驗證結(jié)構(gòu)如圖1所示。Agent是驗證環(huán)境中最主要的驗證組件，所有的驗證組件一般都在Agent里例化，驗證環(huán)境中的Agent一般相當(dāng)于設(shè)計中的實體(由VHDL實現(xiàn)的設(shè)計)或輸入輸出信號端口(由Veri-log實現(xiàn)的設(shè)計)。在圖1所示的eVC里，有2個Agent，RX Agent是從DUT信號端口收集數(shù)據(jù)，而TX Agent是指向DUT的信號端口發(fā)送數(shù)據(jù)。并且每個Agent都是按eRM方法學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)方式來構(gòu)建的，Agent里一般包括以下組件：
    Config：包括Agent的屬性和行為，主要配置Agent的數(shù)量及其主動或被動的屬性，一般由驗證人員自主定義的。
    Signals：該組件中定義了一些DUT的信號端口，驗證環(huán)境通過這些端口可以訪問DUT內(nèi)部的所有信號。一般情況下，這些信號是以string類型來定義，并在信號前加sig_前綴，利用hdl_path()函數(shù)指定與其相連接的DUT信號。
    Sequence：是指驗證人員希望加載到DUT的數(shù)據(jù)流，利用sequence既可以定義不加任何約束的隨機數(shù)據(jù)，也可以是某些特定的數(shù)據(jù)流。
    Sequence Driver：此組件是連接BFM和sequence的紐帶，將sequence生成的數(shù)據(jù)流發(fā)送到bfm，但不是直接驅(qū)動到DUT信號上，而是將數(shù)據(jù)打包為一個列表，然后由BFM加載到DUT中。
    BFM：總線功能模型，該組件只能在Agent里例化，從圖1中可以看出，BFM具有雙端通道，不僅將Sequence Driver中傳遞的數(shù)據(jù)流加載到DUT的信號端口，而且可以取樣需要檢測的信號，和一般總線的功能相似。

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    Monitor：是一個被動組件，Monitor只能采樣需要監(jiān)測的DUT信號和輸入數(shù)據(jù)，從圖1中可以看出，Monitor只是單端通道，不能主動驅(qū)動信號。此外，Monitor可以監(jiān)測DUT的輸出響應(yīng)，并對監(jiān)測到感興趣的信號發(fā)生變化時激活預(yù)定義的事件，通過此事件可以對當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)進行覆蓋率統(tǒng)計以及對輸出數(shù)據(jù)和信號的時序進行檢查。
2．2 提高功能覆蓋率的方法
    為了提高驗證的生產(chǎn)率和功能覆蓋率，eRM提供了一套標(biāo)準(zhǔn)化的驗證方法，典型的是測試激勵采用隨機(Random)驗證和直接(Direct)驗證方法。直接(Direct)驗證法是指輸入的激勵是驗證人員所期望的，相應(yīng)的輸出也是可以控制和實時監(jiān)控的。但是直接測試方法不能驗證正常功能以為的驗證點，而且編寫每條測試激勵需要耗費大量的時間，一般只在驗證前期調(diào)試驗證環(huán)境或者發(fā)現(xiàn)DUT錯誤的時候才采用直接測試法來定位錯誤。隨機驗證法是為被驗證子模塊或系統(tǒng)產(chǎn)生一系列隨機的輸入序列。采用隨機驗證法可以發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計人員沒有預(yù)計到的但實際應(yīng)用中會出現(xiàn)的情況，同時也能找出設(shè)計中很難發(fā)現(xiàn)的錯誤。此外，對于目前大多數(shù)設(shè)計來說，所有輸入情況和內(nèi)部狀態(tài)的組合是無窮的，因此不可能將所有的情況都進行驗證。解決此問題的辦法就是有效的將直接驗證法和隨機驗證法結(jié)合起來。eVC中提供的sequence可以很好地實現(xiàn)以上2種驗證方法，在編寫測試激勵時，可以對Sequence加入任何的約束來產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)。為了直觀的看到功能覆蓋率的情況，Spe-cman提供了圖形化的覆蓋率統(tǒng)計界面，每次驗證完一條測試激勵后，都可以生成一個覆蓋率文件，當(dāng)所有的測試激勵驗證完畢后，Specman一次讀入所有的覆蓋率文件，并且將每個功能點的覆蓋率都是用百分比的框圖來表示。

3 eVC驗證平臺的應(yīng)用實例
    下面通過一個應(yīng)用實例來介紹如何基于eRM建立自動化驗證平臺，該實例中待測模塊fifo是一個簡單的存儲模塊，其驗證平臺如下圖2所示。

    在驗證fifo時，先驗證fifo的正常讀寫功能，再驗證其讀寫的極端情況，即將fifo寫滿直至溢出或者讀空，并且實時的監(jiān)測fifo讀出的數(shù)據(jù)及其狀態(tài)。圖2中的各個文件都是用e驗證語言中的Struct或Unit來實現(xiàn)的。
    (1)信號接口fifo_signal。fifo_signal中定義了所有需要與fifo相連接的信號，既可以是接口信號也可以是fifo的內(nèi)部信號，fifo_bfm可以通過這些信號端口向fifo輸入激勵，也可以采樣部分輸出信號。
    (2)總線驅(qū)動接口fifo_bfm。在fifo_bfm中，通過drive()函數(shù)將sequence里生成的數(shù)據(jù)加載入fifo中，也可以在總線端口產(chǎn)生fifo的讀寫時序，將數(shù)據(jù)和地址寫入fifo中，此組件也可以采樣驗證人員感興趣的信號。
    (3)輸入數(shù)據(jù)流fifo_seqtlence。在fifo_sequence中，主要是根據(jù)所加約束來產(chǎn)生fifo的測試數(shù)據(jù)。fifo_sequence的定義中包含三部分，分別是item，sequence_driver以及sequence_kind。其中item是模擬fifo需要的輸入激勵來定義，例如數(shù)據(jù)以及讀寫信號等。sequen-ce_driver將生成的數(shù)據(jù)包發(fā)送給fifo_bfm。sequence_kind是指定需要的各種sequence，一般由驗證人員根據(jù)實際設(shè)計協(xié)議自主定義的。
    (4)監(jiān)視器fifo_monitor。fifo_monitor主要是對寫入和讀出fifo的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并實時檢查fifo的狀態(tài)是否與實際的輸入相符。fi-fo_monitor是一個被動組件，不能驅(qū)動信號，本例中只能采集fifo的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號并且釋放在Item中定義的事件，作為fifo_coverage統(tǒng)計fifo的數(shù)據(jù)及其狀態(tài)覆蓋率的敏感事件。
    (5)fifo_coverage組件。fifo_coverage中定義了所有的需要統(tǒng)計覆蓋率的數(shù)據(jù)，例如統(tǒng)計fifo的狀態(tài)變化、寫入的數(shù)據(jù)等，并在每驗證完一條測試激勵后，可以實時的觀測到該覆蓋率的變化。
    (6)評分板fifo_sb。fifo_sb是一個用來做自動化比較的組件，并對輸入的激勵進行一系列的處理，預(yù)先得到一個絕對正確的輸出結(jié)果，并與從fifo中fifo_monitor采集到的輸出數(shù)據(jù)逐一進行比較，如果二者的數(shù)據(jù)或時序不同，就會報出錯誤信息。
    (7)eVC中expect和check檢查。在eRM中，提供了一些特定的檢查時序的函數(shù)和語法，和Verilog中斷言Assert一樣，使用Expect或者Check可以將fifo的設(shè)計規(guī)范中的fifo_empty，fifo_full等狀態(tài)的與實際在仿真器中的監(jiān)測到的fifo狀態(tài)進行比較，如果二者不相符，則通過函數(shù)dut_error()輸出相應(yīng)的錯誤信息。

4 結(jié)語
    本文以fifo為例，采用了基于eRM驗證方法學(xué)來建立自動化的驗證平臺，并詳細(xì)介紹了fifo驗證環(huán)境框架結(jié)構(gòu)中各個組件的功能和實現(xiàn)方法，極大地提高了fifo的驗證效率和功能覆蓋率。該平臺完全繼承eRM驗證方法學(xué)，主要采用了eRM中的直接測試法和隨機測試法，具有較高的驗證重用性，大大的縮短了實際項目開發(fā)中搭建驗證環(huán)境的時間，并已得到了廣泛的應(yīng)用。