探析SOC設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法

1、探析soc設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法k引言在片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，驗(yàn)證這一環(huán)節(jié)日益重要，整個(gè)過程中屁在驗(yàn)證 的時(shí)間比重越來越大，主要原因在丁隨著soc芯片復(fù)雜度的提高，驗(yàn)證的規(guī)模 也成指數(shù)級的增加。系統(tǒng)芯片的時(shí)代已經(jīng)到來，在rtl級硬件設(shè)計(jì)的抽彖層次上 已經(jīng)無法應(yīng)付數(shù)以百萬和千萬門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。據(jù)統(tǒng)計(jì)，兩年來，一次投片 成功率已經(jīng)由50%降低到39%o不能一次成功的設(shè)計(jì)必須再投入幾個(gè)月的設(shè)計(jì)驗(yàn) 證時(shí)間和數(shù)十萬美元的費(fèi)用。這種風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)變得不可接受了。因此設(shè)計(jì)驗(yàn)證出現(xiàn) 了所謂的“驗(yàn)證危機(jī)” 2。功能驗(yàn)證已經(jīng)成為集成電路設(shè)計(jì)和開發(fā)的瓶頸，這 就使得驗(yàn)證的方法逐漸受到業(yè)界人士的高度重視。工程師們在設(shè)計(jì)時(shí)不可能

2、考慮 到萬無一失，所以很多系統(tǒng)行為是不能緊緊通過測述文件就能保證系統(tǒng)功能的正 確性。2、soc驗(yàn)證的特點(diǎn)片上系統(tǒng)(soc)是一種建構(gòu)技術(shù)，主耍由處理器(mcu)以及一些外圍設(shè)備如 uart, mac,控制器等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。soc的驗(yàn)證和as1c的驗(yàn)證工作 有很多相同地方：首先都要進(jìn)行模擬，檢查設(shè)計(jì)是否符合規(guī)則，使用各種方法對 芯片進(jìn)行測試。但是，s0c的驗(yàn)證乂比較特殊，存在一些特殊挑戰(zhàn)。2. 1整合驗(yàn)證soc的首要重點(diǎn)就是檢查各種元件之間的整合程度，這里隱含的基本假設(shè)就 是每一部件都已經(jīng)完成自我檢查。2.2. 軟硬件協(xié)同驗(yàn)證處理器中運(yùn)行的軟件必須和硬件部分產(chǎn)生關(guān)聯(lián)才能進(jìn)行驗(yàn)證?；蛘呶?/p>

3、們應(yīng)該把軟 硬件當(dāng)作一個(gè)完整的測試中元件(device under test),對涉及軟硬件結(jié)合狀態(tài)的 方案進(jìn)行測試。所以我們耍找到一種方法來檢驗(yàn)我們編寫的測試，以及在涵蓋的 測試范i韋中，軟硬件z間的關(guān)聯(lián)性。2. 3. 1p核復(fù)用對于可重用的ip核要建立可重用的驗(yàn)證元件。建立可重用的驗(yàn)證元件，會遇到 重大挑戰(zhàn)，但同時(shí)也會因此而獲得更大利益。soc代表的是一類極其復(fù)朵的系統(tǒng)。一個(gè)典型的soc需要一個(gè)或多個(gè)微處理 器，還需要一些其他部件，如dsp、memory等。為驗(yàn)證soc,首先需要驗(yàn)證每個(gè) 部件的正確性，然后要驗(yàn)證部件間連接和通信的正確性。soc驗(yàn)證問題實(shí)際上就 是：如何針對具體的驗(yàn)證任務(wù)，

4、選擇適當(dāng)?shù)尿?yàn)證工具并加以整合。3、當(dāng)前常用的驗(yàn)證方法關(guān)于驗(yàn)證的方法有很多，但是到現(xiàn)在為止述沒有任何一種方法可以非常有效 地對系統(tǒng)芯片進(jìn)行功能驗(yàn)證。概括來看，迄今的驗(yàn)證方法可分為模擬、仿真和形 式驗(yàn)證三種3。3. 1、模擬驗(yàn)證模擬驗(yàn)證是將激勵信號施加于設(shè)計(jì)，進(jìn)行計(jì)算并觀察輸出結(jié)果，并判斷該結(jié) 果是否與預(yù)期一致。優(yōu)點(diǎn)：模擬驗(yàn)證是傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法，而且h前仍然是主流的驗(yàn)證方法。缺點(diǎn)：非完備性，即只能證明有錯而不能證明無錯。因此，模擬一般適用于 在驗(yàn)證初期發(fā)現(xiàn)大量和明顯的設(shè)計(jì)錯誤，而難以勝任復(fù)雜和微妙的錯誤。模擬驗(yàn) 證還嚴(yán)重依賴于測試向量的選取，而合理而充分地選取測試向量，達(dá)到高覆蓋率 是一個(gè)十分艱巨的

5、課題。由于設(shè)計(jì)者不能預(yù)測所有錯誤的可能模式，所以尚未發(fā) 現(xiàn)某個(gè)最好的覆蓋率度量。即使選定了某個(gè)覆蓋率度量，驗(yàn)證時(shí)間也是一個(gè)瓶頸。3.2、仿真驗(yàn)證從屯路的描述抽象出模型，然后將外部激勵信號或數(shù)據(jù)施加到此模式中，通 過觀察該模型在外部激勵信號作用下的反應(yīng)來判斷該電子系統(tǒng)是否達(dá)到了設(shè)計(jì) 目標(biāo)。仿真的方法是目前進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)常用的方法，根據(jù)不同的仿真層次，有不同 的仿真工具。優(yōu)點(diǎn)：仿真比模擬的驗(yàn)證速度快得多，缺點(diǎn)：代價(jià)昂貴，靈活性差。3.3、形式驗(yàn)證形式化驗(yàn)證是不同于仿真方法的對邏輯設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行的另一種驗(yàn)證方法 4。在自上而下的設(shè)計(jì)過程中，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段和級別，每一級設(shè)計(jì)都是以 上一級的設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)冃標(biāo)

6、，得到本級的設(shè)計(jì)結(jié)果的結(jié)構(gòu)描述，這是設(shè)計(jì)和綜合 的過程。優(yōu)點(diǎn)：完備性，能夠完全斷定設(shè)計(jì)的正確性。缺點(diǎn)：首先要對原始設(shè)計(jì)進(jìn)行模型抽取，這對使用者有數(shù)學(xué)技能和經(jīng)驗(yàn)上的 要求。而且，有的工具需要人工引導(dǎo)（如定理證明），有的工具存在狀態(tài)空間爆炸 問題（如模型檢驗(yàn)）。類型：（1）等價(jià)性檢驗(yàn)5它是用數(shù)學(xué)方法驗(yàn)證參考設(shè)計(jì)與修改設(shè)計(jì)z間的等價(jià)性。(如圖2)利用等價(jià) 性驗(yàn)證工具可對這兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行徹底的檢驗(yàn)以保證它們在所有可能的條件 下都有一樣的性能。還可利用等價(jià)性驗(yàn)證來驗(yàn)證不同的rtl或門級實(shí)施方案的等 價(jià)性。從整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程看，等價(jià)性問題幾乎存在于每個(gè)上下相鄰的設(shè)計(jì) 層次中，見圖2。(2)定理證明

7、技術(shù)。運(yùn)用公理和已經(jīng)證明的定理證明電路的描述是正確的。這兩種方法各有特點(diǎn)，其中定理證明雖然能夠給出設(shè)計(jì)是否正確的一個(gè)確切 的凹答，但由于涉及很多數(shù)學(xué)推理方而的知識，這就要求用戶有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底, 這也是這種方法不能推廣的一個(gè)原因。而等價(jià)性驗(yàn)證是驗(yàn)證不同階段的設(shè)計(jì)是否 相互等價(jià)的一個(gè)很好的方法。一個(gè)soc設(shè)計(jì)是分為多個(gè)階段進(jìn)行的，那么下一個(gè) 階段的與上一個(gè)階段的等價(jià)是設(shè)計(jì)的正確的一個(gè)保證。4、新型的驗(yàn)證方法針對soc驗(yàn)證出現(xiàn)的各種問題現(xiàn)在還沒有一種完全行之有效的方法出現(xiàn)，解 決辦法之一是基于斷言的驗(yàn)證(abv) 6,它是把形式化方法集成到傳統(tǒng)模擬流程 屮的一種有效的方法。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在rtl設(shè)計(jì)屮插入設(shè)計(jì)意圖(斷言)并且進(jìn)行模 擬，然后用形式化技術(shù)檢查斷言，限制條件，也就是合法接口行為的斷言，和其 他斷言同時(shí)一同參加模擬。斷言檢查的結(jié)果改進(jìn)模擬的有效性。即使利用傳統(tǒng)的 模擬驗(yàn)證，斷言也可以人人提高模擬的效率?；跀嘌缘尿?yàn)證要由用戶寫出斷言, 斷言表示要驗(yàn)證的性質(zhì)，因此需要性質(zhì)描述語言。例如邏輯和時(shí)序方面的性質(zhì)。 這就需要盡快找到一種能實(shí)現(xiàn)上述功能的語言。systemver訂殆正是在這種情況 下產(chǎn)生的，正逐漸被業(yè)界人士接受。4. 小結(jié)形式化方法最近幾年取得了長足進(jìn)展，特別是等價(jià)性檢驗(yàn)已經(jīng)集成到標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn) 證流程中。設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法的進(jìn)步應(yīng)當(dāng)是漸進(jìn)的，不可能發(fā)生革命性的改變。