CADENCE硬件仿真器在Ethernet交換芯片驗(yàn)證中的應(yīng)用

　　隨著網(wǎng)絡(luò)通信的高速發(fā)展，集成多種內(nèi)容的以太網(wǎng)交換芯片在網(wǎng)絡(luò)通信中起著越來越重要的作用，如何加快以太網(wǎng)交換芯片的開發(fā)速度，縮短驗(yàn)證的周期，是我們面臨的重要課題，為此，我們選用了CADENCE硬件仿真器Palladium作為驗(yàn)證加速平臺(tái)。

　　1 概述

　　隨著網(wǎng)絡(luò)通信的高速發(fā)展，集成多種內(nèi)容的以太網(wǎng)交換芯片在網(wǎng)絡(luò)通信中起著越來越重要的作用，如何加快以太網(wǎng)交換芯片的開發(fā)速度，縮短驗(yàn)證的周期，是我們面臨的重要課題，為此，我們選用了Cadence硬件仿真器Palladium作為驗(yàn)證加速平臺(tái)。

　　Cadence硬件仿真器Palladium的邏輯硬件電路由高速處理器陣列所構(gòu)成，芯片設(shè)計(jì)被映射成大量并行計(jì)算引擎，上萬個(gè)處理器以極快的速度并發(fā)仿真，極大地加速了仿真速度，成為IC驗(yàn)證業(yè)界一種新型高效的驗(yàn)證工具。

　　2 以太網(wǎng)交換芯片ZX27x1在以太交換網(wǎng)中的應(yīng)用

　　圖1 ZX27x1在以太交換網(wǎng)中的應(yīng)用

　　如圖1所示，我們?cè)O(shè)計(jì)的芯片為ZX27x1，它以10/100M的速率通過MII接口和PHY層相連;另外它還有一個(gè)千兆上聯(lián)口，通過公司的內(nèi)部總線Zlink和上位芯片相連，從而組成一個(gè)數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。

　　3 系統(tǒng)驗(yàn)證分析

　　為了有效驗(yàn)證ZX27x1芯片功能，我們抽象圖1系統(tǒng)為圖2所示的驗(yàn)證模型。

　　圖2 ZX27x1驗(yàn)證模型

　　分析一下圖2中的結(jié)構(gòu)，待驗(yàn)證芯片為ZX27x1，該芯片對(duì)外有兩個(gè)接口，MII接口，這是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口;Zlink接口，這是公司內(nèi)部的接口，為以太網(wǎng)交換芯片套片所用，該接口可支持多個(gè)ZX27X1芯片之間的數(shù)據(jù)和信息交換，并且允許cpu通過該接口對(duì)芯片進(jìn)行隨機(jī)訪問。

　　為了驗(yàn)證該芯片zx27x1的功能，我們需要建立MII的接口模型和Zlink接口模型。如何實(shí)現(xiàn)這兩種接口模型呢?很自然的想到用軟件或硬件或軟硬件結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)，這樣就派生多種驗(yàn)證方法(模式)，見表1。模式1是我們最常用的純軟件仿真的方法，其驗(yàn)證速度很慢。其它3種模式都是基于硬件仿真器 Palladium的硬件仿真加速方法。下面對(duì)這三種硬件加速方法的實(shí)現(xiàn)分別加以介紹。

　　表1 四種驗(yàn)證模式列表

　　SA模式(Simulation Acceleration mode)，利用Palladium加速仿真性能，可綜合的DUT設(shè)計(jì)(包括芯片內(nèi)存設(shè)計(jì))被移到仿真器中，行為級(jí)的不可綜合的測(cè)試激勵(lì)仍然留在工作站上在ncsim中運(yùn)行。雖然硬件仿真器中DUT運(yùn)行非?？?，但受限于不可綜合的測(cè)試激勵(lì)所占的比例和palladium與ncsim交互通訊的頻度，整個(gè) performance的提高比較有限，通常在數(shù)倍至數(shù)十倍之間。

　　ICE模式(In-Circuit Emulation mode)，可以在仿真器內(nèi)自動(dòng)生成一個(gè)與DUT邏輯功能完全等價(jià)的虛擬芯片(就好像你的芯片已生產(chǎn)出來了)，把它連接到的目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)中，在真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境中驗(yàn)證你的芯片，即在系統(tǒng)上下文環(huán)境中驗(yàn)證整個(gè)設(shè)計(jì)，故可以大大提高功能驗(yàn)證完整性和有效性。其驗(yàn)證速度可達(dá)數(shù)百千赫茲。同時(shí)，由于有了現(xiàn)成的應(yīng)用平臺(tái)，你還可以在投片前即開始開發(fā)和調(diào)試軟件，進(jìn)行軟硬件聯(lián)合驗(yàn)證。

　　SAT模式(Simulation Acceleration with Target mode)，綜合了SA和ICE兩種仿真模式。DUT放在palladium中，一部分testbench由與palladium相連的真實(shí)的目標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生，另一部分無法從真實(shí)系統(tǒng)中獲得的testbench仍由驗(yàn)證工程師用代碼編寫在ncsim中實(shí)現(xiàn)。故它綜合了SA和ICE兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，既能提高驗(yàn)證速度，也能提高驗(yàn)證覆蓋率。

　　4 硬件加速驗(yàn)證系統(tǒng)的搭建

　　如何在真實(shí)應(yīng)用環(huán)境中快速全面的驗(yàn)證芯片邏輯功能正確性是該芯片驗(yàn)證的難點(diǎn)。

　　解決的方式是采用ICE模式和SAT模式驗(yàn)證。雖然硬件仿真器比軟件仿真速度有上千倍的提高，可達(dá)數(shù)百千赫茲，但和真實(shí)環(huán)境下的芯片運(yùn)行的速度相比，還有上千倍的差距，因此要將硬件仿真器所仿真的芯片放在真實(shí)(live)的環(huán)境中，必須對(duì)真實(shí)環(huán)境到硬件仿真器的信號(hào)降速處理，相反從硬件仿真器到真實(shí)環(huán)境中的信號(hào)需做加速處理。在此，我們采用Cadence公司的Ethernet Speedbridge速度匹配橋(以太網(wǎng)橋)來完成這種轉(zhuǎn)換。

　　圖3是zx27x1的ICE模式驗(yàn)證模型，圖4是zx27x1的SAT模式驗(yàn)證模型。

　　圖3 ICE模式驗(yàn)證模型 圖4 SAT模式驗(yàn)證模型

　　由 于人力資源和時(shí)間的限制，與Zlink接口相關(guān)的目標(biāo)系統(tǒng)的降速實(shí)現(xiàn)存在一定的困難，故在ICE模式下，我們將Zlink接口屏蔽掉，只驗(yàn)證MII接口功能。在驗(yàn)證MII接口時(shí)，我們采用業(yè)界公認(rèn)的Smartbits儀器作為MII接口的激勵(lì)源和接收端，利用其提供的Smartwindow軟件自動(dòng)產(chǎn)生各種各樣的以太幀發(fā)送到palladium中的ZX27x1芯片，并自動(dòng)分析ZX27x1芯片轉(zhuǎn)發(fā)出的以太幀的正確性。圖3是zx27x1的ICE模式驗(yàn)證模型，

　　但是，僅僅MII接口的驗(yàn)證是不夠的。為了驗(yàn)證整個(gè)芯片的功能，我們搭建了SAT驗(yàn)證環(huán)境。同ICE模式一樣，MII接口的驗(yàn)證仍然是通過 Smartbits驗(yàn)證，Zlink接口的驗(yàn)證則是由驗(yàn)證工程師用verilog語言編寫testbench在ncsim中實(shí)現(xiàn)。圖4是zx27x1的 SAT模式驗(yàn)證模型。

　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　表2 四種工作模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果見表2，其中，ICE模式可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)驗(yàn)證，直到Smartbits停止發(fā)包，目標(biāo)系統(tǒng)關(guān)閉。因此，運(yùn)行時(shí)間未測(cè)。

　　由于palladium具有FullVision功能，設(shè)計(jì)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)全部可見，并且具有ncsim類似的force/release功能，故調(diào)試能力也很強(qiáng)。

　　雖然跟ncsim比，基于硬件的驗(yàn)證模式編譯速度較慢，但由于palladium是基于cpu的硬件仿真器，其編譯速度相對(duì)其他基于fpga的硬件仿真器的編譯速度快的很多。

　　另外，在ICE模式下，除了接Smarbits的驗(yàn)證方法外，我們還將palladium中的DUT通過以太網(wǎng)橋的RJ45接口接入公司局域網(wǎng)中，正確地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)互連。

　　同時(shí)，palladium系統(tǒng)支持多用戶方式，我們的SA模式，SAT模式和ICE模式同時(shí)獨(dú)立并發(fā)實(shí)現(xiàn)，大大加快了驗(yàn)證速度。

　　6 結(jié)論

　　通過4種驗(yàn)證模式的實(shí)驗(yàn)，我們建立了基于CADENCE硬件仿真器Palladium的多種驗(yàn)證平臺(tái)，得出這樣的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于大規(guī)模芯片和功能復(fù)雜芯片的驗(yàn)證：

　　a. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，要全盤考慮驗(yàn)證計(jì)劃，特別是硬件加速驗(yàn)證中的ICE環(huán)境。因?yàn)橄到y(tǒng)驗(yàn)證時(shí)期采用ICE驗(yàn)證可大大提高驗(yàn)證效率和覆蓋率。

　　b. 當(dāng)用Ncsim純軟件驗(yàn)證調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，驗(yàn)證速度很慢且需要很長(zhǎng)時(shí)間才能找出新bug時(shí)，要開始采用SA，ICE和SAT等基于硬件大驗(yàn)證加速模式;

　　c. 硬件加速模式的選擇：

　　1) 當(dāng)芯片的目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)可以降頻時(shí)，應(yīng)首選采用ICE模式;

　　2) 當(dāng)目標(biāo)系統(tǒng)降頻太困難無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)盡量編寫可綜合的testbench，采用STB驗(yàn)證模式以獲得與ICE相同的驗(yàn)證速度。

　　3) 當(dāng)編寫可綜合的testbench也無法做到時(shí)，采用SA或SAT方式獲得驗(yàn)證加速。

　　試驗(yàn)證明，基于Cadence硬件仿真器Palladium的高效驗(yàn)證平臺(tái)的建立，可以大大加快功能驗(yàn)證速度，提高功能測(cè)試覆蓋率，縮短IC研發(fā)周期，加快產(chǎn)品投放市場(chǎng)的進(jìn)程，提高芯片的一次性投片成功率。