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如何搭建分層次的驗證模型及實現(xiàn)仿真研究

電子設計 ? 來源:現(xiàn)代電子技術 ? 作者:潘聞融,周智 ? 2020-09-27 18:02 ? 次閱讀

當今社會,芯片技術與人們的生活密切相關,在各種電子產(chǎn)品中都有芯片的身影,而且,它們往往是電子產(chǎn)品關鍵的核心技術。制造芯片的流程非常復雜而且資源投入巨大,保證芯片的設計質(zhì)量非常重要。驗證工作是芯片制造過程中及其關鍵的一個環(huán)節(jié),無缺陷的芯片不是設計出來的,而是驗證出來的,驗證過程是否準確與完備,在一定程度上決定了一個芯片的命運。

目前在百萬門級以上的ASIC,IP,SoC設計時代,驗證約消耗整個設計工作的70%,需要專職的驗證團隊,而且驗證團隊人數(shù)通常是設計團隊的 1.5~2倍。隨著設計規(guī)模的擴大,芯片驗證的重要性達到了一個新的高度,但對驗證方法也提出了更多的要求,怎樣搭建高效穩(wěn)定的驗證模型成為目前研究的熱點。本文重點介紹如何搭建一種分層次的驗證模型,以及如何使用這套驗證模型進行仿真

1 驗證架構

驗證架構通常稱為testbench,如圖1所示,可以把驗證架構分為激勵源、發(fā)送器、接收器、參考模型和記分牌五個部分。激勵源屬于腳本層,發(fā)送器和接收器屬于時序?qū)樱瑓⒖寄P秃陀浄峙茖儆谲浖印?/p>

如何搭建分層次的驗證模型及實現(xiàn)仿真研究

激勵源 仿真的數(shù)據(jù)在激勵源中生成,它是一個TCL腳本語言解釋器,激勵代碼采用TCL解釋性腳本語言編寫,激勵生成之后會放到發(fā)送端共享緩存區(qū)中,這個過程在設計代碼開始仿真之前。

發(fā)送器 當仿真開始后發(fā)送器會根據(jù)設計條件把數(shù)據(jù)從發(fā)送端共享緩存區(qū)中取出來,傳遞到設計模塊和參考模型中,發(fā)送器由Verilog代碼編寫實現(xiàn),需要設計自己的PLI函數(shù)用來作為與發(fā)送端共享緩存區(qū)傳遞數(shù)據(jù)的接口

接收器 接收器用來采集設計模塊處理后的數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)放到接收端共享緩存區(qū)中,用于記分牌讀取數(shù)據(jù),接收器由Verilog代碼編寫實現(xiàn),需要設計自己的PLI函數(shù)用來作為和接收端共享緩存區(qū)傳遞數(shù)據(jù)的接口。

參考模型分析激勵源的數(shù)據(jù)并產(chǎn)生和設計模塊用來校驗結果,由于驗證人員和設計人員的理解思路不同,參考模型的功能和設計模塊的功能也不同,但隨著驗證過程的推進,兩者應該收斂于需求規(guī)格書,參考模型基于C++語言實現(xiàn)。記分牌記分牌從接收端共享緩存區(qū)取出數(shù)據(jù)和參考模型的分析結果并進行比較,把每次比較的結果記錄下來,以便驗證人員定位問題,記分牌基于C++語言實現(xiàn)。

2 腳本層關鍵技術

編寫激勵源數(shù)據(jù)屬于驗證過程的腳本層,為了高效地生成數(shù)據(jù),使用TCL腳本語言實現(xiàn)。TCL與C/C++等編譯性語言的最大區(qū)別是當TCL語言編寫好之后不用通過軟件編譯就可以直接運行,運行一行就是“解釋”一行,“解釋”的過程通過TCL解釋器完成。TCL擁有一個固有的核心命令集,同時還具有和 C/C++語言類似的控制結構,如if控制、循環(huán)控制和switch控制等,并支持過程的定義和調(diào)用,對數(shù)組和字符串等簡單數(shù)據(jù)結構也提供了支持,然而 TCL標準庫提供的命令可能不會滿足需要.這時要針對某一特定應用領域?qū)CL語言的核心命令集合進行擴展,加入適合于自己使用的擴展命令。

擴展TCL命令主要采用編寫二進制程序包的方法,二進制程序包本身并不嵌入TCL解釋器,而是一些用C/C++編寫的擴展命令的集合。任何標準的TCL解釋器都可以用加載的方法使用二進制程序包中的擴展命令,Modelsim仿真工具集成了TCL解釋器。擴展一個TCL命令大致可以分為兩步:編寫擴展命令對應的C/C++過程和注冊命令。TCL擴展命令的函數(shù)原型為:int Tcl_CmdProc(ClientData,Tcl_In-terp *interp,int argc,char *argv[]),參數(shù)clientData由TCL調(diào)用者傳人,其值在注冊擴展函數(shù)時設置;參數(shù)interp也由TCL調(diào)用者傳入,是指向解釋器結構的指針;參數(shù)argc和argv與標準C語言的命令行參數(shù)argc,argv的含義類似,其中argc是被調(diào)用參數(shù)的個數(shù),argv[0]是被調(diào)用的命令本身,argv[argc]是NULL,而argv到argv[argc-1]才是真正的參數(shù)。編寫好的擴展命令還需要注冊,如果注冊成功就可以在 TCL解釋器中使用了,注冊過程在初始化函數(shù)中進行,TCL注冊函數(shù)原型為 Tcl_CreateCommand(Tcl_Interp*interp,char *cmdName,Tcl_CmdProc *proc,Client-Data clientData,Tcl_CmdDeleteProc *deleteProc),cmd-Name是解釋器中使用的命令名,proc為編寫的擴展函數(shù)名。需要注意的是TCL初始化函數(shù)的名稱必須是首字母大寫的DLL文件主文件名+一個下劃線+首字母大寫的Init組成。

3 時序?qū)雨P鍵技術

編寫發(fā)送器和接收器屬于驗證過程的時序?qū)樱瑫r序?qū)右舶ū焕脑O計模塊。腳本層生成的激勵數(shù)據(jù)是用TCL語言編寫的,而發(fā)送器和接收器是使用硬件描述語言Verilog編寫,為了實現(xiàn)兩種語言的數(shù)據(jù)傳遞,需要使用PLI接口編程語言完成兩者的結合,從而達到將激勵數(shù)據(jù)正確傳送到設計模塊和參考模型以及收集設計模塊輸出數(shù)據(jù)的目的,完成仿真這一過程。PLI函數(shù)對應發(fā)送器和接收器中調(diào)用的任務,它使用C++語言擴展,在Verilog代碼中使用,主要包括四個C++函數(shù):calltf,cheektf,sizetf,misctf函數(shù),一般情況下只需要編寫其中的三個函數(shù)checktf,misctf和 calltf函數(shù)。編寫完這三個函數(shù)之后,要注冊PLI函數(shù)對應的Verilog代碼中使用的系統(tǒng)任務或函數(shù),提供每個系統(tǒng)任務和函數(shù)的名字以及相應的回調(diào)函數(shù),使用結構體s_tfeell在C++代碼中來注冊PLI函數(shù)。

calltf函數(shù)在仿真運行時被調(diào)用,即仿真執(zhí)行到發(fā)送器或接收器中定義好的PLI任務時,就會調(diào)用該任務對應的calltf函數(shù);checktf函數(shù)在仿真開始運行前被仿真器調(diào)用,換句話說,在仿真時刻0,這個函數(shù)可以由仿真器的編譯器調(diào)用,checktf函數(shù)的主要目的是校驗一個系統(tǒng)/任務是否被正確使用和加載環(huán)境設置命令;misctf函數(shù)在仿真運行時的各種混雜事件情況下被調(diào)用,根據(jù)PLI函數(shù)調(diào)用變量的屬性選擇相應的處理策略。

PLI函數(shù)要實現(xiàn)的具體功能在calltf函數(shù)中編寫,在這個函數(shù)中可以通過使用tf_getp(n)和tf_putp(n,val-ue)函數(shù)讀取時序?qū)拥臄?shù)據(jù)和對時序?qū)拥臄?shù)據(jù)賦值,其中n表示變量的位置,value表示變量要賦的值。如果時序?qū)拥臄?shù)據(jù)為數(shù)組類型,使用tf_nodeinfo()函數(shù)讀取和修改Verilog內(nèi)存數(shù)組和變量數(shù)組中的內(nèi)容。當調(diào)用tf_nodeinfo()函數(shù)來訪問Verilog數(shù)組中的值時,函數(shù)將返回一個指向仿真數(shù)據(jù)結構中數(shù)組實際存儲空間的指針。一旦PLI應用獲得了該指針,數(shù)組中的值在仿真過程中既可以被讀取也可以被修改。要訪問數(shù)組,并不需要每次都調(diào)用 tf_nodeinfo()函數(shù),只需要保存好初次調(diào)用tf_nodeinfo()獲得的數(shù)組指針,tf_nodeinfo()需要在系統(tǒng)函數(shù)/任務調(diào)用時在參數(shù)中指定一個選定的單元。

4 軟件層關鍵技術

編寫參考模型和記分牌屬于驗證過程的軟件層,采用C++語言編程實現(xiàn)。把這兩個驗證組件設計成兩個函數(shù),分別為Pan_rm(char *s_indata,vector<char*>vr_outdata)和 Pan_check(char*s_indata,vector<char*>vc_outdata),函數(shù)入口參數(shù)為字符指針類型的原因是 TCL腳本語言處理的全部是字符類型的變量,腳本層生成的激勵數(shù)據(jù)為字符類型。

當仿真執(zhí)行到Verilog代碼中PLI任務的時候,PLI函數(shù)中的calltf()會調(diào)用Pan_rm函數(shù)或Pan_check函數(shù)。在發(fā)送器中,calltf()把發(fā)送端共享緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)取出并傳給。Pan_rm函數(shù),Pan_rm函數(shù)把入口的字符類型變量轉(zhuǎn)換成整型變量,然后根據(jù)需求規(guī)格做相應的處理,最后把處理結果放入共享隊列;在接收器中,calltf()收集設計模塊的處理結果并傳給Pan_check函數(shù),Pan_check函數(shù)取出共享隊列里面對應的Pan_rm函數(shù)的處理結果并與Pan_check函數(shù)的入口數(shù)據(jù)進行比較,把比較的結果存人到接收端共享緩存區(qū),最后打印結果到一個輸出文件中以便驗證人員定位問題。

5 共享緩存區(qū)

為了實現(xiàn)腳本層,時序?qū)雍蛙浖幽軌蚴褂霉蚕砭彺鎱^(qū),要把C++擴展的TCL命令、編寫的PLI函數(shù)命令以及軟件層代碼寫在同一個C++工程文件里,定義全局變量作為共享緩存區(qū)實現(xiàn)三個層次的互聯(lián),最后通過VC編譯代碼以動態(tài)庫的形式加載到仿真器里面去。

6 結 語

TCL腳本命令在仿真之前運行,一經(jīng)執(zhí)行所有的激勵數(shù)據(jù)就會生成,在PLI函數(shù)的checktf()例程里面獲取modelsim的TCL解釋器,并用TCL初始化函數(shù)將其初始化,這樣擴展的TCL命令就可以在Modelsim的解釋器里使用了。

需要注意的是,如果不在PLI函數(shù)的checktf()例程里面獲取并初始化Modelsim的TCL解釋器,那么PLI函數(shù)是加載在Modelsim內(nèi)核的,如果要修改PLI函數(shù)里面調(diào)用的全局變量,要在擴展的TCL命令之前加上vsim_kernel,這樣才可以修改全局變量。當驗證組件準備好、驗證環(huán)境搭建完畢后,編寫自動運行腳本執(zhí)行仿真過程,按照如圖2所示的操作流程自動進行驗證工作:運行自動腳本,啟動仿真器,加載動態(tài)庫,Modelsim的 TCL解釋器運行TCL腳本,開始仿真推進仿真時間,觸發(fā)發(fā)送器的PLI函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù),軟件層分析數(shù)據(jù)得到結果,設計模塊分析數(shù)據(jù)得到結果,觸發(fā)接收器的 PLI函數(shù)收集數(shù)據(jù),軟件層比較數(shù)據(jù),打印分析結果。

責任編輯:gt

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