基于FPGA的片上系統(tǒng)(SoC)原型驗證的研究與實現(xiàn)_圖文

1、分類號：單位代碼：密級：學(xué)號：厶芰力孥碩士學(xué)位論文論文題目：雋孑附即了乳弓首（。）厚型黔己為刁憲交砒作者姓名王蘭望專業(yè)塑趁壘至魚已指導(dǎo)教鼻姓名糾乏孽專業(yè)技術(shù)職務(wù)考嵋匕一廣。年妒片產(chǎn)日原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：蟬日期：蘭塵關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印

2、件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）做儲微：嘩翩鶘。幫山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文內(nèi)容摘要隨著（）技術(shù)和半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，系統(tǒng)芯片（）的功能越來越強，器件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。根據(jù)摩爾定律，驗證的復(fù)雜度是與芯片面積的平方成正比的，隨著芯片單位面積上容量每個月增長一倍，驗證的復(fù)雜度也會每個月翻一番。驗證工作是目前設(shè)計過程中最耗時費力的一項工作，它可以占到整個設(shè)計工作量的，是當(dāng)今設(shè)計的瓶頸。因此，找到一種方便、靈活、高效的驗證方法，盡快縮短產(chǎn)品的

3、開發(fā)面市時間，以達(dá)到適應(yīng)市場需求之目的，已成為關(guān)注的焦點。根據(jù)的功能和結(jié)構(gòu)特性，除需硬件模塊之外，還需要大量的固件和軟件，如配置操作系統(tǒng)、通訊協(xié)議以及應(yīng)用程序等。由于硬件模塊數(shù)目眾多、內(nèi)嵌軟件復(fù)雜，傳統(tǒng)的基于邏輯模擬的驗證方式已不再可行，特別是其在軟硬協(xié)同驗證時，模擬時間之長令人難以忍受。為了縮短驗證時間，基于的快速系統(tǒng)原型（）驗證，即硬件原型和軟件原型結(jié)合驗證，已經(jīng)成為設(shè)計流程中的重要手段?？焖傧到y(tǒng)原型驗證的本質(zhì)在于快速地實現(xiàn)設(shè)計中的硬件模塊，讓軟件模塊在真正硬件上高速運行，即實現(xiàn)設(shè)計的軟硬件協(xié)同驗證。該技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是需要能夠滿足工作要求的，以及有力的設(shè)計描述及編譯工具。目前器件在密度和復(fù)

4、雜度上有了飛速的發(fā)展，公司的系列以及公司的系列芯片可達(dá)到數(shù)百萬門的規(guī)模，對于幾百萬門的器件都嵌有微處理器，邏輯模塊和多個高速接口標(biāo)準(zhǔn)：如、等。由于最大的特點就是具有靜態(tài)可編程的特性或在線動態(tài)重構(gòu)特性，使硬件的功能同軟件一樣可以通過編程來修改。這樣就使設(shè)計修改變得十分便利，實時性好可以使產(chǎn)品開發(fā)周期大大縮短。開發(fā)成本降低這些特點使得一些查查蘭塑主蘭些鯊壅成為理想的功能驗證的器件，為的快速系統(tǒng)原型驗證提供了一個非常合適的平臺目前已經(jīng)從系統(tǒng)集成、系統(tǒng)存儲、系統(tǒng)時鐘和系統(tǒng)接口四個方面滿足了驗證的要求。論文主要討論器件在驗證設(shè)計中的應(yīng)用，探討了基于的原型驗證的方法，并以公司的系列器件為例介紹了的原型驗證

5、的軟硬件平臺搭建、驗證設(shè)計的流程等等。關(guān)鍵詞：，原型驗證，驗證平臺山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文（），（鯽），增，黜，曲，：、，邪山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文；，：，山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文第一章緒論論文的研究背景、目的和意義隨著微電子制造技術(shù)的深亞微米（，）和超深亞微米（，）工藝的不斷發(fā)展，作為集成電路設(shè)計中關(guān)鍵的技術(shù)驗證（）技術(shù)也隨之變化和發(fā)展。驗證是系統(tǒng)芯片（）設(shè)計和生產(chǎn)中的一個不可或缺的環(huán)節(jié)。它是在流片（）前發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的芯片在概念、功能、實現(xiàn)（鵬）等方面是否有錯的最后機會，對于保證項目開發(fā)的順利進(jìn)行，降低風(fēng)險，縮短項目周期具有關(guān)鍵作用和重大意義。驗證是貫穿設(shè)計全過程的重要組成部分：從制定系統(tǒng)設(shè)計規(guī)約開始，驗

6、證工作就已經(jīng)開始。在構(gòu)架設(shè)計、行為級的系統(tǒng)建模到模塊化的設(shè)計和實現(xiàn)，以及最終的網(wǎng)表和后端布局、布線等一系列過程中，驗證工作都一直如影相隨。芯片設(shè)計流程中總要階段性、有針對性的進(jìn)行各種仿真和驗證，而不只是在設(shè)計完成后才去考慮它。通過各個階段的驗證，可以避免把前一階段的問題帶到下一個階段，做到問題早發(fā)現(xiàn)和早解決。在一個芯片設(shè)計團(tuán)隊中，專門的驗證小組和驗證部門已成為主要的組成部分，有關(guān)驗證方法和驗證工具也成為芯片設(shè)計重要的研究和開發(fā)方向。根據(jù)摩爾定律，驗證的復(fù)雜度是與芯片面積的平方成正比的。隨著芯片單位面積上的容量每個月增長一倍，驗證的復(fù)雜度也會每個月翻一番。目前，驗證過程是設(shè)計過程中最耗時間的一項

7、工作，它可以占到整個設(shè)計工作量的，成為當(dāng)今設(shè)計的最大瓶頸，而且隨著有越來越多的實時數(shù)據(jù)需要處理，驗證技術(shù)需要能夠在接近芯片工作頻率的條件下進(jìn)行驗證。因此如何進(jìn)行高效實用和方便靈活的驗證，以盡快縮短產(chǎn)品的面市時間，適應(yīng)市場的需求成為人們關(guān)注的焦點之一。對于驗證，目前最常用的方法是通過軟件仿真來達(dá)到驗證設(shè)計功能的目的，但由于軟件仿真速度和仿真模型的局限性，當(dāng)芯片復(fù)雜度和規(guī)模達(dá)到一定程度時，驗證往往難以達(dá)到令人滿意的效果。尤其是傳統(tǒng)的基于邏輯模擬的驗證方式山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文在軟硬協(xié)同驗證時，模擬時間之長令人難以忍受。為了縮短驗證時間，提高驗證的效率，基于的快速系統(tǒng)原型（）驗證（后面簡稱為原型驗證）

8、，即硬件原型和軟件原型結(jié)合的驗證，已經(jīng)成為設(shè)計流程中一種常用的驗證手段。快速系統(tǒng)原型驗證的本質(zhì)在于快速地實現(xiàn)設(shè)計中的硬件模塊，讓軟件模塊在真正的硬件環(huán)境中高速運行，從而實現(xiàn)設(shè)計的軟硬件協(xié)同驗證。該技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是需要規(guī)模強大的和有力的設(shè)計描述及編譯工具。由于目前在密度和復(fù)雜程度上有了飛速的發(fā)展，使得這項工作可以實現(xiàn)。公司推出的系列以及公司的系列芯片已達(dá)到數(shù)百萬門的規(guī)模。幾百萬門的器件一般都嵌有微處理器、邏輯模塊和多個高速接口標(biāo)準(zhǔn)：如、。由于最大的特點就是具有靜態(tài)可編程的特性或在線動態(tài)重構(gòu)特性，使硬件的功能同軟件一樣可以通過編程來修改，使設(shè)計和測試工作變得便利且實時性好。這種設(shè)計驗證模式也可以使

9、產(chǎn)品開發(fā)周期大為縮短，降低開發(fā)成本。因此已成為最理想的功能驗證的器件，它為的快速系統(tǒng)原型驗證提供了一個非常合適的平臺。所以，基于器件對芯片進(jìn)行驗證的研究工作，具有非常重要的現(xiàn)實意義。論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容本論文共分六章，正文部分將按以下順序展開：第一章緒論。介紹論文的研究背景、目的和意義。第二章的驗證。包括驗證的概念，驗證工具、驗證技術(shù)和驗證策略的介紹，以及驗證計劃的建立等。第三章及其設(shè)計流程。介紹的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)計的摹本流程。第四章基于的驗證方法。介紹實現(xiàn)驗證的基本技術(shù)；原型驗證的優(yōu)勢和局限性；原型驗證過程的描述；到的移植技術(shù)以及在原型驗證中的應(yīng)用，并對多片驗證進(jìn)行探討。第五章基于的原型驗證平

10、臺的設(shè)計。主要介紹原型驗證在開發(fā)流程中的位置；基于的原型驗證流程及所用的工具；原型驗證平臺的設(shè)計制造過程；原型驗證平臺的硬件和軟件的設(shè)計。第二章的驗往什么是驗證在的設(shè)計過程中，有關(guān)驗證方面的工作要貫穿整個設(shè)計流程。從前端行為級設(shè)計開始，一直到后端版圖設(shè)計，在芯片流片之前都需要做足夠多的驗證流程。當(dāng)前驗證工作已經(jīng)占整個設(shè)計工作，因此驗證是非常重要也是比較繁雜的。驗證的定義給“驗證”下的定義是：“驗證是證明一個設(shè)計的功能是否正確的過程”。使用匯聚模型可以從概念上清晰地描述驗證過程，如圖所示，圖中（轉(zhuǎn)換）可以是任何包含有輸入輸出的過程，例如根據(jù)（規(guī)范）寫出代碼、掃描鏈插入、把級代碼綜合為門級網(wǎng)表、根

11、據(jù)門級網(wǎng)表布局布線等。過程是一個相反的過程，它從的結(jié)果出發(fā)回到起點。圖匯聚模型在實際驗證工作中，一般采用由驗證平臺和（）組成的驗證體系，如圖所示。這是驗證系統(tǒng)普遍適用的模型。驗證平臺主要包括激勵生成（）和響應(yīng)檢驗（）兩個部分，激勵部分用于對提供激勵，響應(yīng)部分用于對的輸出進(jìn)行處理。其中，激勵又可分為兩類：（）確定性激勵。用于測試設(shè)計的典型功能或具體的角落實例（）。（）約束驅(qū)動的隨機激勵（）。而響應(yīng)檢驗則主要通過以下兩種方法實現(xiàn)：（）對待驗證設(shè)計的黃金模型（），通常是經(jīng)過驗證的設(shè)計的高層次行為模型和其自身施加相同的激勵，并比較兩者的輸出。（）通過專門的檢驗器監(jiān)視和檢查響應(yīng)輸出是否與設(shè)計規(guī)范相一致。

12、驗證平臺與一起構(gòu)成一個閉合系統(tǒng)，對外沒有輸入，也沒有輸出。驗證工程師所面臨的挑戰(zhàn)就是如何確定的輸入模式，并判斷輸出的正確性。設(shè)計團(tuán)隊首先需要根據(jù)設(shè)計規(guī)范開發(fā)相應(yīng)的模塊級（）和系統(tǒng)級（）驗證計劃。驗證計劃通常包含驗證設(shè)計功能正確性的各種角落實例和覆蓋率需求。接下來，根據(jù)這個計劃開發(fā)驗證平臺并對各個層次上的驗證進(jìn)行設(shè)計。這項工作將一直持續(xù)到滿足測試計劃的全部要求為止。圖驗證體系設(shè)計過程中的人為因素如果過程不是自始至終全部自動完成的，那么就要由人去理解規(guī)范，并進(jìn)行，代碼的編寫就屬于這種情況。設(shè)計團(tuán)隊根據(jù)對節(jié)面規(guī)范的理解，編寫他們認(rèn)為功能正確的可綜合代碼。通常進(jìn)行驗證時，是由寫代碼的工程師驗證所寫代碼

13、的功能正確。圖畫出了這種情況下的匯聚模型。燃面圖同一個人完成代碼設(shè)計和驗證的匯聚模型山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文如果編寫代碼前還需要理解規(guī)范，同時編寫代碼和驗證工作由同一個人完成，那么驗證的將是對規(guī)范理解后的實現(xiàn)，而不是規(guī)范本身的實現(xiàn)。也就是說如果理解上出現(xiàn)錯誤，將不能通過驗證發(fā)現(xiàn)錯誤。轉(zhuǎn)換過程中任何人為因素，都是不確定性和不可重復(fù)性的來源。因此，排除人為因素導(dǎo)致的錯誤非常重要。在設(shè)計過程中排除人為錯誤的方法主要包括、和三種。（）（自動化）法。排除了人為的干預(yù)，但對于未能清楚定義的情況，以及象硬件設(shè)計這種需要人的智慧與創(chuàng)造性的工作，不可能全部自動化。（）法。該法按照簡化及標(biāo)準(zhǔn)化的原則，將整個工作過程分

14、步實現(xiàn)，并且每一步都是極其簡單不容易發(fā)生錯誤的，人只需根據(jù)希望的結(jié)果決定步驟的順序。這要求對整個工作過程進(jìn)行完整的、標(biāo)準(zhǔn)化的定義。根據(jù)目前的驗證技術(shù)，還不能對驗證過程做如此的定義，因此這種方法還不能用在驗證工作中（）（冗余）法。該法是去除人為錯誤的最后選擇，這是一種最簡單但是成本最高的方法。它要求雙倍的轉(zhuǎn)換資源。由一個工程師完成的設(shè)計轉(zhuǎn)換要由另外一個工程師進(jìn)行設(shè)計驗證，或者由兩個工程師同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后比較結(jié)果是否一致。這種方法一般用于對可靠性要求很高的系統(tǒng)，或者事后重新設(shè)計和替換缺陷部件的成本高于本身的情況中，例如設(shè)計圖所示為規(guī)范存在不確定性時使用減小理解錯誤的匯聚模型。在硬件設(shè)計中，相應(yīng)的

15、轉(zhuǎn)換過程為根據(jù)書面規(guī)范編寫代碼，使用這種方法意味著需要一個專門的人做驗證工作。刪訓(xùn)圖使用減小理解錯誤的匯聚模型。山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文功能驗證選擇不同的起點和匯聚點能夠決定不同的驗證對象，而起點和匯聚點經(jīng)常由驗證工具所決定。因此，為了明確驗證的對象必須先要清楚驗證的起點和匯聚點。功能驗證（）由于起點和匯聚點的不同，驗證的對象也各不相同。功能驗證能保證設(shè)計預(yù)定功能的實現(xiàn)。該驗證過程顯示出設(shè)計符合規(guī)范的程度，但是不能證明設(shè)計實現(xiàn)了規(guī)范。通過功能驗證，只能證明設(shè)計存在，不可能證明設(shè)計不存芒。功能驗證的匯聚模型如圖毛所示。圖功能驗證的匯聚模型功能驗證主要包括：（）黑盒驗證（）它通過設(shè)計頂層接口，驗證那些

16、與設(shè)計實現(xiàn)技術(shù)（，或軟件）無關(guān)的功能。黑盒驗證不直接訪問設(shè)計的內(nèi)部狀態(tài)。功能驗證可以和設(shè)計實現(xiàn)并行進(jìn)行，但是它很難進(jìn)行功能隔離（可控性差），很難發(fā)現(xiàn)問題的來源（可見性差），因此也就不能對設(shè)計進(jìn)行全面的驗證。對于大型設(shè)計，需添加一些與功能實現(xiàn)無關(guān)的設(shè)計，以增強驗證可控性及可見性。如：增加軟件可訪問的寄存器及數(shù)據(jù)處理量的控制。（）白盒驗證（）它保證設(shè)計實現(xiàn)技術(shù)（，或軟件）相關(guān)的功能正確實現(xiàn)，是黑盒驗證的補充，對于設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)是完全可控和可見的，但不可移植。（）灰盒驗證（）它根據(jù)設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)寫（測試實例），從設(shè)計頂層接口進(jìn)行控制和觀察。的目的是驗證某種設(shè)計方法是否實現(xiàn)了一些主要特性，而并不

17、關(guān)心其它的設(shè)計方法。山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文驗證面臨的新挑戰(zhàn)和基于重用的設(shè)計方法學(xué)的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)驗證方法提出了新的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下三個方面：（）模塊失去了原有的可控性和可見性在傳統(tǒng)的單獨驗證中，的輸入輸出端口可以直接被驗證向量所直接訪問。而在驗證過程中，單個模塊被嵌入到中，此時的輸入輸出端口已變成了模塊的互連，不可能在對的訪問過程中，直接訪問原來的模塊的輸入輸出端口。因為此時的模塊輸入輸出端口已在內(nèi)部，從的外部輸入輸出端口是無法直接訪問的。模塊失去了原有的可控性和可見性，從而使得中的模塊的驗證變得困難。同時它還意味著要實現(xiàn)模塊的驗證重用，必須要為單個的模塊提供相應(yīng)的驗證訪問通道。（）驗證平臺的

18、構(gòu)建和重用問題在基于重用的設(shè)計方法學(xué)中，作為獨立設(shè)計的需要驗證，被集成到中的也必須得到驗證。然而開發(fā)多樣、獨特的驗證平臺需要花費非常多的精力，同時，集成者對第三方缺乏足夠了解或相關(guān)專業(yè)的知識。因此，與重用來設(shè)計一樣，其他驗證團(tuán)隊也希望能夠重用驗證平臺中的部分或全部元件來構(gòu)建驗證平臺。驗證平臺的重用是一種有效的驗證策略，這種方法允許設(shè)計者對于任何層次、任何應(yīng)用的設(shè)計都可以用最小的花費、最大的連貫性開發(fā)高質(zhì)量的驗證平臺。但是在傳統(tǒng)驗證方法的許多情況下，驗證平臺是在信號級（）的接口上直接與相通訊，即使用激勵直接驅(qū)動的引腳，并通過檢查接口信號的值和變化達(dá)到驗證設(shè)計功能的目的。這種驗證方法的抽象層次較低

19、，平臺的開發(fā)與設(shè)計的接口協(xié)議緊密相關(guān)，從而就使得驗證平臺的重用變得非常困難。（）驗證的概念和技術(shù)涉及廣泛驗證的目標(biāo)要確保設(shè)計在任何合理的配置和應(yīng)用中都是零缺陷。為此，驗證工程師必須要開發(fā)出一套高質(zhì)量（高覆蓋率）的測試（激勵）集（）。由于傳統(tǒng)功能驗證的抽象層次較低，隨著設(shè)計規(guī)模的不斷增加，其測試集的開發(fā)存在周期長、代碼過于龐大等缺點，很大程度上影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的設(shè)計周山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文期。因此，我們所說的驗證是一個包含眾多方法和工具在內(nèi)的廣泛意義上的概念（如，形式化驗證、硬件仿真、物理原型驗證等都屬于該范疇）。驗證這個領(lǐng)域所涉及的內(nèi)容很廣，種類也很多，如：核模塊級驗證（）、系統(tǒng)級驗證（）

20、、仿真驗證（）、軟硬件協(xié)同驗證（）、等價性檢查（）、靜態(tài)時序分析和時序驗證（）、版圖驗證（）等。隨著驗證技術(shù)的逐步發(fā)展，驗證方法由最初的直接測試向量生成（），到約束隨機測試（），再到覆蓋驅(qū)動驗證（），一直到最新的基于斷言的驗證方法（），各種驗證方法還在不斷創(chuàng)新和發(fā)展。驗證工具改善驗證效率和可靠性的一個方法是自動化。目前自動化工具很多，有些是功能驗證必不可少的，例如仿真器：有些工具可以代替人完成最繁瑣的工作，并能提高功能驗證的可信度，例如和代碼覆蓋率工具。是根據(jù)設(shè)計的描述代碼結(jié)構(gòu)做靜態(tài)分析，推斷描述代碼存在的邏輯錯誤，但無法決定描述代碼是否能夠現(xiàn)實設(shè)計要求的功能。可用于強制代碼遵從編寫規(guī)范。由于

21、具是靜態(tài)驗證工具，因此運行速度快，可以節(jié)省時間。其缺點是多疑問，誤報率高，會產(chǎn)生大量不存在的錯誤警告，因此要對不存在的錯誤警告仔細(xì)過濾，注意避免濾除真實的錯誤警告。變量名最好符合命名慣例，這樣有助于過濾。對于描述的設(shè)計，因其語言特點，是一種有益的驗證工具。它可以檢測及數(shù)據(jù)寬度不匹配，可保證正確描述的數(shù)據(jù)處理過程，避免造成數(shù)據(jù)的棄位及增位現(xiàn)象。通常這種錯誤通過仿真并不一定被發(fā)現(xiàn)。對使用的作用不如對語言那么明顯，但山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文還是能發(fā)現(xiàn)一些潛在的問題。仿真器仿真器通過忽略及簡化設(shè)計的物理特性，對設(shè)計的實現(xiàn)進(jìn)行模擬。仿真器通過執(zhí)行級的設(shè)計描述，模擬設(shè)計的物理實現(xiàn)，但它無法確定設(shè)計真實的物理實

22、現(xiàn)與設(shè)計描述之間的區(qū)別。仿真的結(jié)果取決于設(shè)計描述是否準(zhǔn)確反映了設(shè)計的物理實現(xiàn)。仿真器不是一個靜態(tài)工具，需要激勵（）和響應(yīng)（）。激勵由模擬設(shè)計工作環(huán)境的產(chǎn)生，響應(yīng)為仿真的輸出，由設(shè)計者確定輸出的有效性。仿真器的類型分為種類型，事件驅(qū)動仿真器（）、基于周期的仿真器（）、聯(lián)合仿真器（）、硬件模擬器（），分別介紹如下：（）事件驅(qū)動仿真器事件驅(qū)動仿真器可將信號的變化定義為一個事件，該事件驅(qū)動仿真執(zhí)行事件驅(qū)動仿真器能準(zhǔn)確地模擬設(shè)計的時序特征，可模擬異步設(shè)計。事件驅(qū)動仿真器的工作過程如圖所示。婦塢咖百乞（廿止￥噸鼬蜘船：巧圖事件驅(qū)動仿真器的工作過程山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文（）基于周期的仿真器基于周期的仿真器的特

23、點是忽略設(shè)計的時序，其仿真速度比事件驅(qū)動仿真器要高?；谥芷诘姆抡嫫鞯墓ぷ鬟^程步驟是，首先編譯電路，將組合邏輯壓縮成單獨的表達(dá)式。根據(jù)該表達(dá)式可確定寄存器的輸入，然后執(zhí)行仿真。遇到時鐘的有效沿，寄存器的值被更新?；谥芷诘姆抡嫫鞯娜秉c是不能仿真異步電路，不能進(jìn)行驗證設(shè)計的時序。（）聯(lián)合仿真器聯(lián)合仿真器可以對同一設(shè)計各個部分分別用不同的仿真器進(jìn)行仿真。如對既含有同步設(shè)計又含有異步設(shè)計的電路，可用事件驅(qū)動仿真器對異步設(shè)計仿真，用基于周期的仿真器對同步設(shè)計仿真。聯(lián)合仿真器中各個仿真器的操作是的，類似于電路的流水線（）操作。其缺點是由于不同仿真器之間需要同步和相互通訊，聯(lián)合仿真器的仿真速度受到最慢仿真

24、器的限制，因而影響仿真器的性能，而且在各仿真器傳送的信息會產(chǎn)生多義性。（）硬件模擬器硬件模擬器是創(chuàng)建一個物理芯片的邏輯模型，向仿真器提供該芯片的行為信息。芯片和仿真器的通信過程，是首先將物理芯片插入硬件仿真器，然后格式化來自仿真器的數(shù)據(jù)，作為該芯片的輸入，最后將該芯片輸出的數(shù)據(jù)，包含時序信息，送往仿真器。硬件模擬器可以提供很高的仿真速度，但是設(shè)備價格高昂。需要注意的是，硬件模擬器做的仍然是功能仿真，而不是時序仿真，因為芯片是降頻運行的。圖為硬件模擬器系統(tǒng)框圖。盅。哐孫，申?。阂粓D硬件模擬器系統(tǒng)框圖波形觀察器在仿真調(diào)試的過程中，波形觀察器是必不可少的工具。它能提供信號狀態(tài)山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文和變

25、化的詳細(xì)信息。但是，波形觀察器不能用來判斷一個設(shè)計是否通過驗證，因為信號波形是不可重復(fù)的，且無法用于遞歸仿真。波形觀察器的優(yōu)點，是可以觀察仿真的整個過程，有利于設(shè)計及的診斷。缺點是由于要輸出波形，影響了仿真的速度，因此應(yīng)盡可能限制在波形圖中顯示的信號數(shù)量及時間長度。波形觀察器的另一個作用是波形比較。在波形比較中，不能僅看表象，需仔細(xì)分析，確認(rèn)波形之間存在的差別是有意義的。例如，有時我們僅關(guān)心波形（轉(zhuǎn)換）之間的相對位置，而不關(guān)心它的絕對位置。圖為波形觀察器的工作流程。盅。垂七垂卜圜圖波形觀察器的工作流程代碼覆蓋率代碼覆蓋率（），可以指示代碼描述的功能有多少被驗證。代碼覆蓋率有三種計算方法，第一種

26、是語句覆蓋率（），它用來指示驗證過程中，設(shè)計代碼被執(zhí)行的語句數(shù)量。有時會添加一些沒有具體設(shè)計意義的語句，僅用于監(jiān)視代碼執(zhí)行過程中的異?；驑?biāo)注一些設(shè)計中的假設(shè)。這些語句可不參與語句覆蓋率的統(tǒng)計。第二種是分支覆蓋率（），它在設(shè)計中往往通過分支控制語句來完成對功能的控制。可以將所有分支控制語句的控制狀態(tài)進(jìn)行組合，產(chǎn)生一定數(shù)量語句執(zhí)行分支路徑，分支覆蓋率指示所有的語句執(zhí)行分支路徑是否都得以執(zhí)行。第三種是表達(dá)式覆蓋率（），它用來指示分支控制語句的控制條件是否全部有效。需要注意的是，百分之百的代碼覆蓋率僅僅表示了代碼都已被執(zhí)行，并不能證明設(shè)計的正確性。代碼覆蓋率可以用于衡量驗證工作是否完成。山東大學(xué)碩士畢

27、業(yè)論文可供選用的驗證技術(shù)驗證的目的，是要確保設(shè)計對象滿足在設(shè)計規(guī)范中所定義的功能要求。目前驗證技術(shù)有許多種，它們大致可以分為四類：基于仿真的技術(shù)、靜態(tài)技術(shù)、形式技術(shù)、物理驗證與分析技術(shù)。要實現(xiàn)系統(tǒng)芯片的設(shè)計目的，必須將這些技術(shù)組合起來使用。仿真技術(shù)仿真（）技術(shù)是設(shè)計驗證的主要形式。它可以分為兩類：（）從仿真的抽象層次來看包括基于事件的仿真、基于時鐘周期的仿真、基于對象轉(zhuǎn)換的仿真?；谑录姆抡婊谑录姆抡嫫靼演斎爰畹淖兓J(rèn)為是事件的觸發(fā)，每一個仿真時間仿真器處理一個事件觸發(fā)，根據(jù)事件觸發(fā)的內(nèi)容對整個設(shè)計重新計算，直到一個仿真穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)為止。如果輸入的信號在一個時鐘周期內(nèi)到達(dá)，但是不同的輸入信

28、號達(dá)到的時間可能不盡相同，則基于事件的仿真機制決定仿真器在一個周期內(nèi)要計算多次。設(shè)計基于事件觸發(fā)的仿真模型既包含了功能模型，也包含了時序模型，它為設(shè)計提供了更為精確的仿真環(huán)境?；谑录|發(fā)的仿真特點是同時覆蓋了設(shè)計的功能和時序模型，仿真結(jié)果精確，它非常容易探測到設(shè)計中的毛刺電路，尤其適用于異步電路的仿真。然而，基于事件觸發(fā)的仿真由于算法復(fù)雜而導(dǎo)致仿真速度較慢，不太適用于規(guī)模較大的電路仿真?；跁r鐘周期的仿真基于時鐘周期的仿真器在一個時鐘周期的時間內(nèi)沒有時間的概念，它只在時鐘的上升沿或下降沿進(jìn)行觸發(fā)，每一個時鐘周期的時間對電路計算一次。基于時鐘周期的仿真技術(shù)特點是忽略設(shè)計的時序，假定所有寄存器的

29、建立時間（）和保持時問（）都滿足要求，在一個時鐘周期，信號僅更新一次，從而信號必須與時鐘同步基于時鐘周期的仿真可以在一定程度上提高電路的仿真速度，但是它只適柏山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文用于同步設(shè)計的電路仿真，對于異步電路則有可能產(chǎn)生錯誤的仿真結(jié)果?；趯ο筠D(zhuǎn)換的仿真基于對象轉(zhuǎn)換的仿真以數(shù)據(jù)包、圖形、語音等對象作為直接的仿真激勵，而不再是添加到設(shè)計弓腳的激勵波形?？偩€功能模型（）在這里是必需的，總線功能模型提供了對象激勵到設(shè)計引腳激勵波形的轉(zhuǎn)換接口，它的實現(xiàn)是根據(jù)設(shè)計的對外接口協(xié)議，使用語言或進(jìn)行行為級描述?；趯ο筠D(zhuǎn)換的仿真技術(shù)通過提高仿真激勵的抽象層次，大大提高了仿真工作的效率，使得大規(guī)模的邏輯電

30、路設(shè)計采用仿真的于段來完成自檢查測試和大流量隨機性測試，變得更加容易實現(xiàn)。（）從仿真的活動內(nèi)容來看包括代碼測試覆蓋率檢查、基于行為級模型的比較仿真、軟硬件協(xié)同仿真、硬件加速器和快速原型系統(tǒng)仿真。代碼測試覆蓋率檢查代碼測試覆蓋率檢查，可以統(tǒng)計當(dāng)一組損試用例作用于設(shè)計時各種各樣的測試覆蓋情況：，等。利用這些數(shù)據(jù)，設(shè)計者可以對測試用例對設(shè)計的覆蓋情況有所了解，同時還可以確定設(shè)計還有哪些功能沒有得到測試。測試激勵的代碼覆蓋率至少要達(dá)到以上，才能摹本認(rèn)為代碼在邏輯上是通過質(zhì)量控制的，才能進(jìn)入綜合步驟。這一方面幫助設(shè)計者可以對測試功能覆蓋情況有一個量的認(rèn)識，另一方面方便設(shè)計者發(fā)現(xiàn)冗余邏輯和設(shè)計錯誤。代碼覆

31、蓋率是保證高質(zhì)量代碼的必要條件，但卻不是充分條件。即便代碼行覆蓋和分支覆蓋都能夠達(dá)到，也不能肯定的說代碼己經(jīng)得到的驗證，除非所有的分支覆蓋都能夠進(jìn)行組合遍歷。基于行為級模型的比較仿真丁段首先建立設(shè)計的行為模型，然后對設(shè)計的實現(xiàn)和行為模型使用同樣的激勵，對比兩者輸出的結(jié)果。設(shè)計的行為模型不考慮具體的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，開發(fā)周期短。實現(xiàn)同樣的功能，用行為級模型描述比描述在代碼的復(fù)雜度上能大大簡化，因此也減小了行為級模型代碼出錯的概率，它便于產(chǎn)生復(fù)雜的測試環(huán)境。建立行山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文為模型的語言可以是，也可以是，驗證語言和等。軟硬件協(xié)同仿真主要適用于驗證設(shè)計。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，硬件和軟件的開發(fā)相對獨立

32、，只有等硬件單板完成后才能夠?qū)④浻布Y(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)驗證。軟硬件協(xié)同仿真工具提供一個集成的軟件環(huán)境，工程師可以把硬件的級設(shè)計和嵌入式軟件在同一個軟件環(huán)境下進(jìn)行同步調(diào)試。這樣，軟件工程師可以較早地在硬件設(shè)計上直接調(diào)試軟件，硬件工程師可以較早地得到更加真實地輸入激勵并檢驗效果。目前，由于軟硬件協(xié)同仿真的速度非常慢，這種仿真丁段還局限于對軟硬件接口的調(diào)試，一般并不用于對整個系統(tǒng)進(jìn)行實時仿真。硬件加速器硬件加速技術(shù)，是將軟件仿真中全部或部分元件映射到特意為加快某些仿真操作的速度而設(shè)計出來的硬件平臺中。普遍的做法是：測試平臺仍以軟件形式運行，而實際的待驗證設(shè)計對象在硬件加速器中運行。商用的硬件加速器，通

33、常采用陣列和高速的處理器陣列和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件特殊設(shè)計加以實現(xiàn)。被驗證的目標(biāo)設(shè)計及其測試環(huán)境，通過語言編程用陣列實現(xiàn)。仿真速度很快，甚至可以直接放到目標(biāo)設(shè)計最終應(yīng)用到的系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行測試?？焖僭拖到y(tǒng)快速原型系統(tǒng)（，），可用來為預(yù)期的系統(tǒng)芯片精確的建立快速原型模型。它是待驗證的設(shè)計對象的一種硬件設(shè)計表示形式。成功建立快速原型的關(guān)鍵，在于要快速地將原型實現(xiàn)出來?？捎玫囊恍┩緩剑ㄈ绶滦到y(tǒng)和可重配置原型系統(tǒng)），都是將目標(biāo)設(shè)計對相映射到現(xiàn)有器件之上，如控制處理器、引出焊點式（）芯核和。這些元件安裝在子板之上，而該子板插在含有用來模擬日標(biāo)系統(tǒng)的、互連的客戶自定義可編程器件的系統(tǒng)互連母板中。原型驗證系統(tǒng)最

34、常見的是用驗證目標(biāo)設(shè)計，首先用實現(xiàn)并放到應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行測試。對于嵌入式的設(shè)計，其原型驗證系統(tǒng)可以是嵌入式系統(tǒng)插板，它極有可能是包含有、存儲器件、實現(xiàn)宏或定制設(shè)計的一個或多個系統(tǒng)。山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文快速原型系統(tǒng)提供了開發(fā)和調(diào)試軟件的能力，提供了給軟件進(jìn)行調(diào)試的真實硬件環(huán)境。這樣在有了芯片原型的時候，就能夠?qū)崿F(xiàn)硬件和軟件的無縫集成，其提供的仿真速度比軟件仿真和協(xié)同仿真快的多。靜態(tài)技術(shù)靜態(tài)技術(shù)包括靜態(tài)（）檢查和靜態(tài)時序分析（，）。用靜態(tài)技術(shù)來實現(xiàn)驗證不需要驗證平臺和測試向量。（）代碼靜態(tài)（）檢查，對設(shè)計對象的代碼作靜態(tài)檢查來驗證其在語法上的正確性。一般是在設(shè)計流程的早期進(jìn)行代碼靜態(tài)檢查，查出設(shè)

35、計代碼中的簡單錯誤。從而避免使用更高級的工具而耗費大量的時間。可能出現(xiàn)的錯誤類型有：未初始化的變量、不受支持（語法）結(jié)構(gòu)和端口不匹配等。、靜態(tài)時序分析靜態(tài)時序分析是指按照同步電路設(shè)計的要求，根據(jù)電路網(wǎng)表的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計算并檢查電路中每一個存儲器件如觸發(fā)器或鎖存器的建立時間和保持時間，以及其它基于路徑的時延要求是否得到滿足。靜態(tài)時序分析技術(shù)的特點是只根據(jù)電路結(jié)構(gòu)“靜態(tài)”分析，判斷設(shè)計在時序上是否滿足，不需要測試向量。只適用于對同步設(shè)計的電路進(jìn)行時序驗證，而不能保證電路實現(xiàn)的功能是否正確。目前較通用的具有公司的，公司的，公司的。形式驗證形式驗證是一種系統(tǒng)驗證手段。它一方面指利用邊界條件從理論上推導(dǎo)、

36、論證設(shè)計實現(xiàn)的正確性，另一方面通過分析對比兩個設(shè)計，論證兩個設(shè)計實現(xiàn)的功能是否一致，形式驗證主要用來判斷兩個設(shè)計的等價性。形式驗證的代碼覆蓋率好，但涉及較復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，推導(dǎo)本身的正確性難以把握。而且，系統(tǒng)較復(fù)雜時，形式驗證會成為整個項目進(jìn)展的瓶頸。較好的形式驗證工具有公司的，公司的，公司的。目前，主要有三種形式驗證方法，它們是定理證明方法、模型檢驗方法和山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文等價性形式檢查方法。（）定理證明（）方法定理證明是半自動的基于證明的驗證方法。它的基礎(chǔ)是一個形式化的邏輯系統(tǒng)，該邏輯系統(tǒng)由一系列公理和推理規(guī)則組成。定理證明的過程是從系統(tǒng)的公理出發(fā)，使用推理規(guī)則逐步推導(dǎo)出規(guī)范成立的證明過程

37、，可用于驗證電路，主要缺點是驗證方法與被驗證系統(tǒng)相關(guān)。目前，定理證明方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)級的軟硬件設(shè)計驗證中，比較有名的定理證明系統(tǒng)有（），是由英國劍橋大學(xué)研制的交互式高階邏輯定理證明系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，所有推理規(guī)則都是由個初始推理規(guī)則派生出來，證明過程每一步都由用戶選擇推理規(guī)則，然后系統(tǒng)檢查可行性并進(jìn)行推理。（）模型檢驗（）方法模型檢驗是完全自動的基于模型的檢驗方法。它用于檢測設(shè)計是否違反用戶定義的設(shè)計行為規(guī)則，這些行為規(guī)則用斷言（）來定義，如狀態(tài)機的狀態(tài)躍遷，接口的握手過程等。模型檢查的難點在于定義需證實的斷言，一般對定義的斷言，僅能證實它的一個子集。當(dāng)前的技術(shù)還無法證實保證復(fù)雜功能實現(xiàn)的斷

38、言。目前，根據(jù)核心算法不同，模型檢驗方法主要分為四大類：顯式模型檢驗方法，基于決策圖的模型檢驗方法，基于的模型檢驗方法和基于符號模擬的模型檢驗方法。圖為模型檢驗的匯聚模型。圖模型檢驗的匯聚模型（）等價性檢查（）方法等價性檢查是證明同一個設(shè)計對象的兩個不同視圖彼此等價的一種方法。它通過一定的算法，來證明設(shè)計實現(xiàn)的邏輯一致性，保證設(shè)計的功能在實現(xiàn)過程中沒有改變。其匯聚模型如圖所示。山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文圖等價性檢查的匯聚模型等價性檢查可以用于比較兩個代碼文件，以驗證經(jīng)過修改的代碼的功能和原來相同。也可用于比較兩個網(wǎng)表，以保證一些網(wǎng)表后處理，例如掃描鏈插入、時鐘樹綜合和手工修改等沒有改變電路的功能。還

39、可用于驗證網(wǎng)表的功能是否與原來代碼的功能相同，如果認(rèn)為綜合工具是可靠的，那么這個過程可以省略。但是綜合工具是個大型的軟件系統(tǒng)，其可靠性依賴于算法和器件庫的信息，綜合工具發(fā)生錯誤的事情并不少見。等價性檢查可以用于保證綜合工具的可信性。例如，假設(shè)設(shè)計中含有超過的算術(shù)運算。在綜合時，綜合工具用中的算術(shù)運算符進(jìn)行映射。但在的文檔中指明該算術(shù)運算符不能超過，對于這種，可利用等價性檢查進(jìn)行檢測。在應(yīng)用形式驗證時，它不需要開發(fā)測試平臺和測試向量，但必須有一個功能完全正確的參考設(shè)計。它利用數(shù)學(xué)技術(shù)來驗證參考設(shè)計與目標(biāo)設(shè)計是否等價。該方法可以用來驗證、之間是否等價，它比窮舉式仿真更快，能保證實現(xiàn)的驗證覆蓋率。但

40、是它不驗證設(shè)計對象的時序，因此必須和時序分析工具聯(lián)合在一起使用。物理驗證與分析技術(shù)在深亞微米設(shè)計中，由于互連線延遲所產(chǎn)生的問題相對于門延遲所產(chǎn)生的問題而言，已經(jīng)成為設(shè)計中主要需考慮的問題，所以必須將所有的電學(xué)問題和工藝都納入統(tǒng)籌考慮，并要重點解決互連線寄生效應(yīng)。需要考慮和必須分析解決的問題有：時序（）、信號完整性（）、串?dāng)_（）、電壓降（）、電遷移（）、功耗分析（）、工藝天線效應(yīng)（）、相移掩模（）；）和光學(xué)臨近效應(yīng)修正（山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文物理驗證與分析技術(shù)主要是進(jìn)行設(shè)計規(guī)則檢測（）和版圖與原理圖對照（）。根據(jù)設(shè)計的不同有兩種物理驗證工具流程，即交互式（單元模塊）和批處理（大型模塊全芯片）驗證工

41、具，每個設(shè)計流程根據(jù)設(shè)計元件的類型和設(shè)計人員使用工具的方式而選擇不同的工具。設(shè)計要求在交互式和批處理兩個階段都要進(jìn)行和。工業(yè)界現(xiàn)有的做法是，在版圖之前的設(shè)計階段估算各種物理效應(yīng)，在版圖之后的設(shè)計階段再提取和分析這些物理效應(yīng)。常用的驗證策略常用的驗證策略包括：自頂向下的驗證、自底向上的驗證、基于平臺的驗證和基于系統(tǒng)接口的驗證。自頂向下的驗證流程自頂向下的驗證流程如圖所示設(shè)計簽付圖自頂向下的驗證流程該驗證流程的起點是設(shè)計規(guī)范書，從設(shè)計的規(guī)范書可以提取設(shè)計需要驗證的所有特性。這些特性的表現(xiàn)形式可以用計算機語言進(jìn)行描述并形成可執(zhí)行的規(guī)范，但更多的時候這些需要驗證特性是用自然語言列表給出的。接下來是開發(fā)

42、驗證計劃，有關(guān)驗證計劃的內(nèi)容在后面講述。系統(tǒng)級驗證的內(nèi)容主要包括建立系統(tǒng)級行為模型，并把它放到系統(tǒng)級的測山東大學(xué)碩士畢業(yè)論文試環(huán)境中進(jìn)行驗證。建立系統(tǒng)級行為模型是指用系統(tǒng)級語言或建立設(shè)計規(guī)范書定義的功能特性模型。系統(tǒng)級的測試環(huán)境應(yīng)該是模塊化的，可以很方便地移植到對設(shè)計的功能驗證和網(wǎng)表驗證，對于不同的抽象層次可根據(jù)該層次的具體要求增強相應(yīng)的測試功能。一般推薦利用基于對象轉(zhuǎn)換的仿真技術(shù)建立系統(tǒng)級測試環(huán)境，一方面它可以很方便地進(jìn)行系統(tǒng)級的驗證，另一方面可以直接用于對設(shè)計頂層模塊間連接關(guān)系的驗證，從系統(tǒng)級驗證移植到功能驗證。網(wǎng)表驗證既可以采用形式驗證的手段，也可以采用門級仿真的手段，來驗證設(shè)計的綜合實現(xiàn)和物理實現(xiàn)是否正確。自頂向下的驗證最后的內(nèi)容是時序分析和物理驗證。值得注意的是，采用自頂向下驗證策略的驗證過程，驗證工程師會周而復(fù)始地發(fā)現(xiàn)問題。自頂向下定位出現(xiàn)的問題，與相應(yīng)的設(shè)計工程師討論問題產(chǎn)生的原因，然后再由設(shè)計工程師修改錯誤，這樣通常會導(dǎo)致較低的驗證效率。自底向上的驗證流程自底向上的驗證流程如圖所示。喙測試山級測試山抽象橫型視級凇陬雨一山一一阿表驗證綜臺芯片規(guī)訇腳設(shè)計功能驗證、時序驗證、物理驗證和器件