验证技术的发展
在目前的集成电路设计中,芯片的规模和复杂程度正呈指数增加,为保证所设计芯片功能的正确性,需要花费比以往更多的时间和人力,困难度大幅增加。而且,目前的功能验证能力已经远远落后于设计能力,功能验证正成为大规模芯片设计的瓶颈。
设计人员通常需要花费50%~70%的时间去验证他们的设计。虽然有形式验证等多种验证方法可供选择,但是设计者还是偏好基于仿真的验证,本文中的验证主要是指仿真。为了降低验证的工作量和提高验证的效率,越来越多的设计人员采用高级验证语言(HLV)来进行芯片验证。
图1 验证自动化系统
验证技术的发展主要经历了以下几个阶段:
1. 基于HDL语言的验证
用HDL语言来建立测试平台和编写测试向量,将激励输入给设计CONTROL ENGINEERING China版权所有,然后检查设计的输出。这种方法的缺点是测试平台和测试向量的建
2. 面向对象的验证
由于采用HDL语言进行验证的局限性www.cechina.cn,设计人员可以使用面向对象的高级语言(如C++、Python)来建立验证环境和编写激励。这种验证方法可以使设计人员从比较抽象的设计高层,对设计的输入和输出进行建模,然后通过验证环境与仿真器的通信接口,将抽象的数据模型转换成比特形式的数据。这种验证方法大大降低了编写激励的工作量,但是验证环境的建立相对复杂,比如验证环境与仿真器的通信接口等。
3. 随机产生激励
由于测试激励编写的工作量非常大,所以设计人员逐步采用随机产生测试向量的方法,以减轻编写激励的工作量,并提高验证的覆盖率。但是它的缺点在于,由于激励是随机产生的,所以给验证结果的检查带来了一定难度www.cechina.cn,并且设计者不能根据要验证的设计属性来产生所需的激励,即不能根据约束来产生激励。
4. 验证平台工具
由于验证环境的建立过于复杂,因此出现了验证平台工具控制工程网版权所有,通过这种工具可以大大减少建立验证环境的工作量。但是这类验证工具不能使验证人员通过设计的抽象层来编写激励,而且不能实现设计时序行为的检查。
图2 Specman 与仿真器的交互
验证自动化系统
由于上述验证方法都或多或少具有局限性,所以需要一种完善的验证系统。根据上节所述,一种完善的验证自动化系统需要具备以下几个功能:首先它能够定义验证计划;然后能够提供接口,用高级语言从抽象的层次产生基于约束的激励;并且能方便高效地建立验证环境;最后能够完成设计时序行为的验证和基于断言的功能覆盖率的验证。
e语言是一种功能强大的验证语言,它可以很好地实现一个验证自动化系统,如图1所示。在这个验证系统中,首先可以根据验证者的需要,用e语言来制定一些约束,根据这些约束来产生验证需要的激励。由于e可以很好地与Verilog和VHDL仿真器通信,因此可以将这些用e语言抽象描述的数据转换成比特形式,然后加载给设计;再通过和仿真器的通信,对系统进行功能仿真,并将设计的输出收集起来,这时可以将比特形式的数据转换回e语言的抽象描述,以便于对设计行为与预期结果进行检查。
除此之外,e语言还可以实现设计时序行为的检查。如果一个中断必须在请求后的5个周期后发出,可以通过e语言来描述这个设计属性,通过仿真来检查其是否满足。最后,e语言还可以用来进行基于断言的功能覆盖率验证。
图3 基于e语言的验证环境
基于e语言的验证环境与仿真器的交互
在具体介绍基于e语言的验证环境之前,先介绍一下基于e语言的验证环境与仿真器的通信机理。目前www.cechina.cn,Cadence公司的工具Specman Elite支持用e语言来建立验证自动化系统,Specman Elite提供可配置、可再使用和可扩展的验证组件,这些组件被称为eVC。eVC采用高级验证语言e编写,能够产生足够多的测试激励讯号,并能对设计行为与预期结果进行检查确认。eVC可以极大地缩短验证时间,提高