使用軟件作為激勵以加速系統(tǒng)級驗(yàn)證的方法

驗(yàn)證復(fù)雜的SoC設(shè)計(jì)要耗費(fèi)極大的成本和時間。據(jù)證實(shí)，驗(yàn)證一個設(shè)計(jì)所需的時間會隨著設(shè)計(jì)大小的增加而成倍增加。在過去的幾年中，出現(xiàn)了很多的技術(shù)和工具，使驗(yàn)證工程師可以用它們來處理這類問題。但是，這些技術(shù)中很多基于動態(tài)仿真，并依靠電路操作來發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，因此設(shè)計(jì)者仍面臨為設(shè)計(jì)創(chuàng)建激勵的問題。

設(shè)計(jì)者可以使用運(yùn)行在處理器上的固件作為驗(yàn)證仿真激勵的一部分，這也是目前通常采用的方法——使用全功能處理器模型。與在HDL中編寫激勵相比，固件作為激勵速度更快，并且更容易創(chuàng)建。在一個全功能處理器模型上執(zhí)行代碼的缺點(diǎn)是模型運(yùn)行較慢，因此只有少量軟件會使用這個技術(shù)執(zhí)行。很多固件執(zhí)行由取指令操作和內(nèi)存讀寫周期組成，驗(yàn)證價值很低。在邏輯仿真器中屏蔽這些低價值操作，而繼續(xù)執(zhí)行寄存器和內(nèi)存映射I/O周期，可以在最低限度減少驗(yàn)證覆蓋率的同時，顯著提高執(zhí)行速度。

在仿真環(huán)境中能夠更快速地執(zhí)行代碼主要有兩個好處。首先，快速仿真意味著功能驗(yàn)證仿真可以使用更多的代碼。診斷程序、驅(qū)動程序、固件以及某些情況下部分應(yīng)用程序代碼都可用于驗(yàn)證問題。其次，因?yàn)榉抡孢\(yùn)行速度加快，因此能夠執(zhí)行更多的驗(yàn)證。很多設(shè)計(jì)者會選擇運(yùn)行附加測試，而不是運(yùn)行較少的CPU仿真時間。大多數(shù)驗(yàn)證都受到能夠用于運(yùn)行仿真的CPU時間的限制。如果固件用來作為驗(yàn)證的一部分，它將對設(shè)計(jì)起推動作用。這個激勵將是切合實(shí)際的，它通過典型的操作使設(shè)計(jì)得到測試。為設(shè)計(jì)創(chuàng)建激勵的挑戰(zhàn)之一是如何估算出典型的設(shè)計(jì)操作，并將其在測試平臺上編碼。使用實(shí)際的軟件可為驗(yàn)證工程師排除這個問題。但是，運(yùn)行作為測試平臺的代碼不可能提供大量激勵，特別是不能覆蓋大部分驗(yàn)證空間。因此，設(shè)計(jì)者需要使用其它的技術(shù)提供額外激勵，以遍歷設(shè)計(jì)的所有邊界情況。

設(shè)計(jì)者使用傳統(tǒng)的直接測試和其它驗(yàn)證技術(shù)能夠增加用固件作激勵源的情況。內(nèi)存分區(qū)可用于過濾仿真過程中不必要的總線周期，從而提高性能。本文將介紹一個設(shè)計(jì)實(shí)例，使用作為激勵的代碼和基于斷言的驗(yàn)證，通過該實(shí)例來描述使用傳統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)無法發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)錯誤。

解決驗(yàn)證挑戰(zhàn)

目前，電子工程師面臨的驗(yàn)證挑戰(zhàn)不斷加劇。為了更好地闡明這些挑戰(zhàn)，本文中介紹了一個簡單的實(shí)例。該實(shí)例是一個在250×250像素矩陣上顯示RGB數(shù)值的圖形輸出設(shè)備。它包括一個映射到處理器的寄存器接口。相關(guān)寄存器有：“行”—包含待描繪像素行地址信息的一個8位寄存器：“列”—包含待描繪像素列地址信息的一個8位寄存器：“像素”：——包含待描繪像素RGB值的一個8位寄存器：“大小”——包含待描繪像素矩形大小的一個8位寄存器(其中1表示寫入單個像素，2表示描繪一個2×2的正方形，以此類推最大值為16)：“狀態(tài)”——能夠讀取和返回設(shè)備狀態(tài)信息的一個8位寄存器。

使用直接測試

驗(yàn)證此樣本設(shè)備的第一步是測試所有行和列是否正確定址。要測試所有大小的像素是否能夠被寫入，還要測試不同顏色值的代表樣點(diǎn)。典型的像素組合也要被測試，如從右上方像素立刻變換為左下方像素。使用類似的方法可測試所有角對組合。還應(yīng)該測試各種組合中有序和無序增減的行地址和列地址。所有這些測試可以通過編寫和編譯一個運(yùn)行在全功能處理器模型上的簡單程序來完成，或者使用一個產(chǎn)生總線周期和BFM的簡單測試平臺。另外還要考慮測試那些可能影響設(shè)計(jì)的異常條件。測試時可將行地址或列地址設(shè)置為一個大于249的值，或是定義一個大小超過硬件支持的像素。

這些都是在接口級完成的明顯測試，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的類似驗(yàn)證測試和在接口級實(shí)現(xiàn)的驗(yàn)證策略是很類似的。顯然，要測試整個驗(yàn)證空間，即使只是一個設(shè)計(jì)模塊的接口，也不可能像前述的樣本設(shè)備一樣簡單?？赡艿牟僮魇?50行×250列×224色×16大小，或16.7×1016.所有操作的組合數(shù)是這個數(shù)值的平方，或大于1034.這里真正的挑戰(zhàn)是創(chuàng)建那些能夠揭露設(shè)計(jì)問題的組合，并將這些問題標(biāo)識為需要立刻關(guān)注的區(qū)方面。

使用斷言揭露早期問題

由于對設(shè)計(jì)驅(qū)動了激勵，因此斷言可以及早發(fā)現(xiàn)問題。要添加的斷言包括不能超過249(行地址和列地址的最大可能值)的行地址和列地址，以及不能超過16的大小字段。確定斷言并采用HDL覆蓋分析后，需要對設(shè)計(jì)驅(qū)動激勵。這可以通過約束隨機(jī)測試實(shí)現(xiàn)。約束隨機(jī)測試產(chǎn)生反饋到測試平臺的設(shè)備處理事務(wù)，表明被識別的測試點(diǎn)已被覆蓋。如果設(shè)計(jì)空間非常大，約束隨機(jī)測試就不能包含測試點(diǎn)沒有覆蓋的邊界條件。這種測試不用創(chuàng)建使用HDL覆蓋工具達(dá)到100%覆蓋的激勵。但是，在設(shè)計(jì)中遍歷所有狀態(tài)并覆蓋所有條件并不能保證設(shè)備被完全驗(yàn)證。

軟件代碼作為激勵

對于一個超過1034個組合的驗(yàn)證空間來說，讓實(shí)際的設(shè)備操作執(zhí)行所有必需組合是不太可能的。應(yīng)當(dāng)把重點(diǎn)放在設(shè)備會運(yùn)行的那些操作上，對那些理論上可能不會使用的操作要減少花費(fèi)時間。最簡單快捷的方法是找到可驅(qū)動設(shè)備的現(xiàn)有代碼。這可能是診斷代碼，驅(qū)動程序代碼或應(yīng)用程序級算法。每個這樣的代碼均提供了不同的驗(yàn)證級別，并揭露了不同類型的問題，因此，應(yīng)當(dāng)嘗試獲得和使用所有類型的代碼。

對于新的設(shè)計(jì)，代碼很可能不存在，但對于下一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，一些代碼常?？梢缘玫?。如果這些代碼存在，設(shè)計(jì)的激勵在幾乎不耗費(fèi)精力或成本的情況下就可以得到。如果代碼不存在，但合作方愿意在設(shè)計(jì)周期前期創(chuàng)建代碼，那么也可以輕松地創(chuàng)建激勵。最后，如果驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)需要創(chuàng)建代碼，通過編寫C代碼來為設(shè)計(jì)創(chuàng)建復(fù)雜多樣的激勵比使用任何其它語言都更容易。

假設(shè)顯示

使用假設(shè)顯示，需要運(yùn)行描繪各種測試模式和色彩組合的診斷代碼以確保連接。也可以運(yùn)行驅(qū)動程序代碼，它可以連接至一個簡單的畫圖應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可使用一些代表樣本的像素將驅(qū)動程序調(diào)整至適當(dāng)位置。最后，采用最終使用這個設(shè)備的應(yīng)用程序，并畫出幾幅圖像。每種類型的代碼會以不同的方式運(yùn)用設(shè)計(jì)，從而能發(fā)現(xiàn)利用其他方法時不容易檢測到的問題。

硬件/軟件協(xié)同驗(yàn)證

很多硬件和驗(yàn)證工程師(甚至在某些方面軟件工程師)認(rèn)為，運(yùn)行應(yīng)用程序的任何部分不會加快設(shè)計(jì)驗(yàn)證。畢竟，如果針對設(shè)備測試驅(qū)動程序，并針對驅(qū)動程序測試了應(yīng)用程序，就無需進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。但是這些工程師不會考慮在尚未系統(tǒng)地測試所有軟件的情況下發(fā)布產(chǎn)品，也不會接受在未經(jīng)系統(tǒng)測試的情況下發(fā)布要去tapeou的硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)級協(xié)同驗(yàn)證測試全部的可選組件，包括硬件、軟件、或兩者的組合，從而揭露在分離情況下不會被發(fā)現(xiàn)的問題。