基于VMM的寄存器抽象層驗證

1、本文介紹了Synopsys公司推出的基于VMM的寄存器抽象層驗證技術(shù)和方案，簡稱RAL（Register Abstraction Layer）。該技術(shù)是Synopsys針對芯片驗證中如何簡便、高效地完成寄存器/存儲器相關(guān)的驗證任務(wù)這一問題而開發(fā)的解決方案。該方案構(gòu)建在 Synopsys的VMM驗證方法基礎(chǔ)上，使用了VMM中的通用技術(shù)，可以在VMM的驗證環(huán)境中非常方便地集成和重用。 本文首先簡述了在芯片驗證中和寄存器/存儲器相關(guān)的任務(wù)需求，然后介紹RAL的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)模塊，隨后介紹如何在VMM的驗證環(huán)境中集成RAL，最后介紹如何通過RAL完成驗證過程中各種實際任務(wù)。本文中所有實例的源代碼均采用

2、SystemVerilog硬件描述驗證語言。驗證需求和寄存器/存儲器相關(guān)的驗證任務(wù)主要包括兩類，一類是對寄存器/存儲器本身功能的驗證，寄存器/存儲器是芯片中控制和數(shù)據(jù)的存儲場所，決定著芯片能否正常運行，因此，對寄存器/存儲器本身的功能的驗證，一般是整個驗證過程中最先要完成的任務(wù)。另一類和寄存器/存儲器相關(guān)的驗證任務(wù)，是在對芯片進行其它功能驗證的過程中，驗證環(huán)境需要對寄存 器/存儲器進行操作，例如，用寫寄存器配置芯片的功能，用讀寄存器檢查芯片的狀態(tài)。這類對寄存器/存儲器進行操作的任務(wù)，是在芯片驗證過程中，始終存在并且頻繁出現(xiàn)的。芯片中的寄存器/存儲器具有數(shù)量大和不斷變化的特點。一般來說，芯片中的

3、寄存器數(shù)目往往達到幾十個，上百個，甚至近千個，有的芯片有著為數(shù)不少的存儲器。而且，這些寄存器/存儲器的設(shè)計規(guī)范在不斷變化中，甚至在芯片的驗證過程中，寄存器/存儲器的設(shè)計仍在變化。這兩個特點使得測試平臺對寄存器/存儲器的維護十分困難。一旦在設(shè)計中增加或減少了寄存器/存儲器，或者修改了寄存器字段的長度、位置、屬性、初始值、或者修改了存儲器的容量、字長等等，工程師就必須在整個驗證環(huán)境和所有測試文件中，對于發(fā)生變化的寄存器/存儲器進行相應(yīng)的修改。這種維護工作是非常繁瑣，耗時和容易出錯的。因此，一方面，和寄存器/存儲器相關(guān)的驗證任務(wù)是不可缺少的，頻繁出現(xiàn)的；另一方面，測試平臺對寄存器/存儲器的維護是耗時

4、和容易出錯的。這樣一來，本可以花在驗證更復(fù)雜功能上的時間和精力，卻被花在相對簡單卻很耗時的寄存器/存儲器維護工作上了。這種矛盾導(dǎo)致了對簡便，高效的寄存器/存儲器驗證解決方案的強烈需求。Synopsys正是在這種強烈需求的背景下推出了基于VMM的寄存器/存儲器抽象層（RAL）驗證解決方案。該方案的中心思想是，在驗證環(huán)境中的一個特定模型內(nèi)，進行寄存器/存儲器的管理、維護和操作，一旦寄存器/存儲器的設(shè)計規(guī)范發(fā)生變化，工程師對驗證環(huán)境和測試文件的維護修改工作將盡可能地降低到最少的程度。 基本結(jié)構(gòu)和工作機制Synopsys的VMM驗證環(huán)境是層次化的驗證環(huán)境，分為指令層（Command Layer）、功能

5、層（Functional Layer）、場景層（Scenario Layer）等，而RAL是隸屬于Functional Layer的。RAL的基本結(jié)構(gòu)包含三個部分，分別是RAL模型（RAL Model）、RAL處理器（RAL Transactor）以及RAL訪問管理器（RAL Access）。如圖1所示。 RAL的各個組成部分RAL Model封裝了DUT中寄存器/存儲器的一切描述信息，是DUT中寄存器/存儲器在測試環(huán)境中的映射，RAL Model為寄存器保存、維護鏡像值。但存儲器在RAL Model中是沒有鏡像值的，這是因為對存儲器的存取相對簡單，并且存儲器較大的存儲容量會導(dǎo)致較大的鏡像空間

6、，從而大大降低模擬效率。RAL Transactor負責(zé)把RAL Transaction轉(zhuǎn)換為Command Layer Transaction并傳遞給Command Layer中的BFM。RAL Access負責(zé)管理RAL Model和RAL Transactor之間的交互，它將RAL Model中的操作封裝為一個RAL Transaction傳遞給RAL Transactor，并根據(jù)這個Transaction完成后的結(jié)果或狀態(tài)，更新RAL Model中的數(shù)據(jù)信息。BFM并不屬于RAL的范疇，它是VMM測試環(huán)境中Command Layer的一個模塊，負責(zé)將Command Layer Tran

7、saction驅(qū)動到DUT接口上實際的高低電平邏輯信號。 RAL的工作機制測試平臺對RAL Model進行的操作，會映射到對DUT內(nèi)寄存器/存儲器的操作。這種操作通過RAL Access，封裝在RAL Transaction中，傳遞到RAL Transactor， RAL Transactor又將這個Transaction翻譯為Command Layer的Transaction，傳遞給BFM，BFM將這個Transaction按照DUT的接口協(xié)議和時序，驅(qū)動DUT接口上的信號，實現(xiàn)對 DUT內(nèi)部寄存器/存儲器的存取訪問。RAL Access根據(jù)這個操作的結(jié)果和狀態(tài)，維護RAL Model中的數(shù)

8、據(jù)信息。 RAL的實現(xiàn)Synopsys VMM的驗證環(huán)境是基于面向?qū)ο缶幊谭椒ㄩ_發(fā)的，因此，RAL是通過一系列的類（Class）來實現(xiàn)的。RAL庫提供了一系列的類，最大限度地封裝寄存器/存儲器相關(guān)的通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法，由此節(jié)省用戶開發(fā)寄存器/存儲器驗證環(huán)境的工作量，而用戶只需要通過擴展RAL庫中的基類來定義自己所需的類，添加待測芯片中的寄存器/存儲器的特定信息。 用RALF文件生成RAL Model雖然RAL庫提供了封裝寄存器/存儲器描述信息的一系列的基類，但和特定的待測芯片相關(guān)的寄存器/存儲器的設(shè)計規(guī)范，必須由用戶添加在各個RAL基類擴展而得的子類中。用戶必須對待測芯片中的每個寄存器字段，

9、每個寄存器，每個存儲器，以及由寄存器/存儲器構(gòu)成的集合，通過擴展相應(yīng)的基類來定義新的 類，從而封裝它們的設(shè)計規(guī)范信息。這個過程是比較繁瑣和耗時的。為了最大限度節(jié)省工程師的工作量，在Synopsys RAL驗證解決方案中，RAL Model不需要由用戶來實現(xiàn)，而是由RAL模型生成器（簡稱ralgen）根據(jù)用戶編寫的RAL格式文件（采用.ralf為后綴名）自動生成的。用戶只需要按照簡明的RAL格式編寫寄存器/存儲器設(shè)計規(guī)范文件，再交給ralgen工具，就可自動生成RAL Model所需的所有的擴展類。 驗證環(huán)境集成將RAL集成在VMM驗證環(huán)境中，只需要以下四個步驟：第一步，構(gòu)建Command La

10、yer中和DUT的寄存器/存儲器訪問有關(guān)的Data, Channel和BFM的類。第二步，按照寄存器/存儲器設(shè)計規(guī)范，編寫RALF文件，然后用ralgen工具生成RAL Model。第三步，構(gòu)建RAL Transactor，實現(xiàn)RAL和CommandLayer間Transaction的翻譯。第四步，構(gòu)建頂層驗證環(huán)境，該環(huán)境包含圖1中所示的RAL Access、RAL Model和RAL Transactor。在驗證環(huán)境的build(過程中，簡化上述對象，并將RAL Model和RAL Transactor和RAL Access關(guān)聯(lián)起來。最后在hw_reset(過程中，實現(xiàn)對DUT的reset。

11、注意，在vmm_ral_env中，無需擴展reset_dut (，而只要擴展hw_reset(，而reset_dut(會自動調(diào)用hw_reset(。 實際應(yīng)用在將RAL集成到VMM驗證環(huán)境中以后，我們就可以在測試代碼中實現(xiàn)各種測試任務(wù)所要求的和寄存器/存儲器有關(guān)的操作。這里舉例說明一些最常用的應(yīng)用。用戶可根據(jù)自己的驗證要求，利用RAL實現(xiàn)更多更復(fù)雜的功能。1查詢寄存器/存儲器 查詢寄存器/存儲器或字段的各種屬性，例如字節(jié)數(shù)，比特數(shù)，訪問模式等。int byte_count, bit_count;byte_count = my_reg.get_n_bytes(;bit_count =

12、my_fld.get_n_bits(;vmm_ral:access_e access_mode;access_mode = my_fld.get_access(;int mem_size, bits_per_loc;mem_size = my_mem.get_size(;bits_per_loc = my_mem.get_n_bits(; 2寫單個字段3寫多個字段4讀某個字段或寄存器調(diào)用read(就可以進行讀操作并取得該字段或寄存器的值。vmm_rw:status_e  status;bit63:0 value;5更新鏡像值RAL Model能根據(jù)測試平臺對寄存器的操作來維護其鏡像值

13、，但如果寄存器是被DUT內(nèi)部邏輯更新的，RAL Model便無法探測并對鏡像值進行這一更新。所以需要讀取寄存器并更新鏡像值。可以對字段，寄存器或者整個模型來更新鏡像值。vmm_rw:status_e  status;6讀取并檢查字段的值檢查字段的值，是將鏡像值作為期望值，讀取該字段的值，和期望值比較。如果不同，就會產(chǎn)生出錯信息。同樣調(diào)用mirror(，但其check參數(shù)的值為vmm_ral:VERB。vmm_rw:status_e  status;如果當(dāng)前鏡像值不是期望值，我們需要將期望值設(shè)置到鏡像中。有兩種方式，一種是predict(，無條件地將鏡像值強制設(shè)置為指定值；一種是set(，按照字段的訪問模式設(shè)置為指定值。例如，如果字段為只讀屬性，則鏡像值就不會被改變。vmm _rw:status_e  status;或者7組合基本應(yīng)用，實現(xiàn)更復(fù)雜的測試任務(wù)sp;  regsi.mirror(status, vmm_ral:VERB;       if (status != vmm_rw:IS_O