隨著芯片復(fù)雜度的上升，驗證工作的復(fù)雜度和工作量呈指數(shù)形式上升。芯片系統(tǒng)要想盡快推向市場，驗證已經(jīng)成為極其重要的一環(huán)，甚至是最重要的一環(huán)，這就迫使系統(tǒng)芯片驗證工程師要盡可能多地重用已有的驗證資源。和設(shè)計重用類似，驗證的重用可以大大提高驗證的效率，減小驗證代價，得到高質(zhì)量的設(shè)計。
　　本文介紹的Synopsys的RVM(Reference Verification Methodology)驗證方法學(xué)，是采用Vera硬件驗證語言建立目標模型環(huán)境、激勵自動生成、含錯誤指示的自核對式測試、覆蓋狀況分析能力^[1]。通過簡化問題和建立復(fù)雜的測試平臺，為驗證工程師提供了更高的設(shè)計生產(chǎn)率，并使測試平臺具有良好的可重用性。
1 搭建可重用測試平臺的關(guān)鍵技術(shù)
　　在傳統(tǒng)驗證方法的許多情況下，測試平臺是在信號級(Signal Level)的接口上直接與可驗證性" title="可驗證性">可驗證性設(shè)計(Design Under Test，DUT)相通信的，即使用激勵直接驅(qū)動DUT的引腳，并通過檢查接口信號的值和變化，達到驗證設(shè)計功能的目的。這種驗證方法的抽象層次較低，平臺的開發(fā)與設(shè)計的接口協(xié)議緊密相關(guān)，從而使得測試平臺的重用變得十分困難。所以測試平臺要想在不同的項目之間重復(fù)使用，至少是部分重用，首先測試平臺的結(jié)構(gòu)要被有效地模塊化，使得構(gòu)成平臺的各個模塊的改變和重用變得容易；其次測試平臺必須有明確的層次化定義，并要清晰地定義層和層之間的接口，使得各層之間具有一定的獨立性，改變底層并不會影響上層的重用^[2]。
　　基于上述考慮，在驗證過程中提出了基于事務(wù)的驗證思想^[3]。基于事務(wù)的驗證：可以在一個更高的層次上進行驗證，可以明顯地減少測試工作量，簡化調(diào)試，并有助于統(tǒng)計測量功能覆蓋率。所謂事務(wù)^[4](Transaction)是指設(shè)計對象與事務(wù)處理器(Transactor)之間通過接口所做的一次數(shù)據(jù)或控制的傳輸。事務(wù)可以是一個簡單事務(wù)，如讀取某個存儲器單元，也可以是一個復(fù)雜事務(wù)，如傳輸整個結(jié)構(gòu)式數(shù)據(jù)報文;同時可以把單獨信號的特殊性、比特和字節(jié)的繁瑣性都模型化并且包裝起來，這樣把驗證提高到更高的抽象的層次上，這個層就是事務(wù)層，這樣能夠更有效地完成更多的功能。具體在RTL級的驗證中，可以設(shè)計一個用戶定義的事務(wù)處理器^[5]，將可驗證性設(shè)計(DUT)與所構(gòu)建的測試平臺連接起來，其中用戶定義的事務(wù)處理器能夠?qū)⑹聞?wù)級的測試激勵與RTL級的信號(Singal)進行相互轉(zhuǎn)換。
　　基于事務(wù)的驗證工具讓驗證工程師除了可以在信號/引腳級上進行驗證，還可以在事務(wù)級上進行驗證，從而提高了驗證工程師的設(shè)計效率，同時驗證的模塊化也大大地提高了驗證的可重用性。
2 RVM驗證方法學(xué)
　　RVM驗證方法學(xué)主要是基于事務(wù)驗證的思想，結(jié)合隨機化驗證和覆蓋率驅(qū)動技術(shù)，幫助驗證工程師快速建立一個可重用的驗證環(huán)境。RVM采用了易于驗證重用的分層測試平臺結(jié)構(gòu)，同時它還具有全面的采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的庫，從而使RVM驗證環(huán)境模塊化、實用化。從基于事務(wù)驗證思想的角度來分析，RVM可以分為三層：信號層、事務(wù)層和測試層。RVM測試平臺結(jié)構(gòu)如圖1^[6]所示。

　　其中，信號層是與被測設(shè)計對象(DUT)直接聯(lián)系的，主要起到事務(wù)層和DUT連通的作用。事務(wù)層則包括了Scenario Generator、Driver、Monitor、Transactor、Scoreboard和Checker，它將根據(jù)上層測試層的請求，將測試層協(xié)議映射到信號層。測試層(Tests)用于在系統(tǒng)中協(xié)調(diào)事務(wù)層的處理。
　　RVM的分層結(jié)構(gòu)使驗證的抽象層次從信號層提升到了事務(wù)層，很好地利用了事務(wù)級驗證的思想。這樣驗證工程師就可以不用太關(guān)心DUT內(nèi)部的具體實現(xiàn)過程，只需根據(jù)設(shè)計工程師提供的設(shè)計文檔，提取出DUT工作所需的激勵和輸入輸出的端口信息以及相應(yīng)的時序關(guān)系,就可以進行測試平臺的設(shè)計和驗證代碼的編寫工作了，設(shè)計出的測試平臺具有明顯的模塊化特征，易于重用。
　　為了更好地構(gòu)建RVM驗證環(huán)境，完成層與層之間的通訊，RVM還可以直接調(diào)用RVM驗證基類函數(shù)庫，里面定義了很多標準的函數(shù)類^[7]。主要包括構(gòu)造事務(wù)對象的RVM_DATA類、構(gòu)造處理事務(wù)對象的處理器(Transactor)的RVM_XACTOR類、構(gòu)造傳輸事物對象的通道(Channel)的RVM_CHANNEL類、構(gòu)造控制整個驗證環(huán)境的RVM_ENV類和反饋信息的消息類RVM_LOG等。有了這些基類后，驗證工程師很容易實現(xiàn)各個組件間的同步關(guān)系和事物對象在組件間的傳輸?shù)龋粌H使得驗證工程師能很容易地編寫一些較復(fù)雜的測試平臺，而且還使得編寫出的驗證環(huán)境更容易理解、調(diào)試和重用。
3 RVM驗證方法學(xué)在芯片驗證中的應(yīng)用
　　筆者在重郵信科TD-SCDMA手機芯片的驗證中運用了RVM驗證方法學(xué)來搭建測試平臺，提高了驗證的效率，同時也大大提高了驗證資源的可重用性。本文重點介紹芯片中I²C總線的寄存器傳輸級(Register Transfer Level，RTL)驗證及相應(yīng)測試平臺的搭建。I²C總線(即IIC總線，Inter Integrated Circuit Bus)是一種用于IC控制的簡單的雙向兩線串行總線，系統(tǒng)中每個I²C器件都有一個唯一的地址。發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作。I²C總線最重要的特征就是只要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線SDA，一條串行時鐘線SCL。簡單的兩線串行I²C總線將IC間互聯(lián)減到最小。

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3.1 I²C的RTL級驗證
　　在驗證過程中，需要對邏輯功能、模塊行為、波形定時關(guān)系等進行檢查，如果不滿足要求，會輸出仿真錯誤信息，以引起驗證人員注意。其中，I²C的RTL級測試平臺的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.1.1測試平臺中的主要模塊
　　(1)可驗證性設(shè)計模塊(DUT)：即被測試設(shè)計模塊，在測試中提供給信號層端口信息，實現(xiàn)與整個驗證模塊的正常通訊。本文中的I²C DUT主要支持三種工作方式：寫、連續(xù)讀(直接讀取)和復(fù)合讀(先寫后讀)。DUT對外的主要通信端口如表1所示。
　　(2)測試例模塊(Testcases):Testcase是頂層模塊，控制著整個環(huán)境的運行。主要是驗證工程師根據(jù)設(shè)計人員提供的設(shè)計分析文檔編寫隨機測試例，限制底層模塊激勵的產(chǎn)生和驅(qū)動，驗證工程師可以根據(jù)需要編寫的多個測試例來完成模塊所有功能的測試。I²C模塊共寫了四個測試例，分別是寫、連續(xù)讀、復(fù)合讀和隨機產(chǎn)生錯誤ACK的測試例。
　　(3)激勵產(chǎn)生模塊(Generator)：這個模塊主要是產(chǎn)生驗證DUT的隨機激勵。這些激勵被封裝在一個數(shù)據(jù)對象(data object)或事務(wù)(transaction)中，Generator將產(chǎn)生的這些數(shù)據(jù)對象或者事務(wù)通過輸出通道傳到下層模塊。I²C包括兩個Generator：Master Generator和Slave Generator。Master Generator主要是隨機產(chǎn)生DUT的配置數(shù)據(jù)，如：寄存器的地址配置信息等。Slave Generator主要是隨機產(chǎn)生讀、寫的數(shù)據(jù)和類型等事務(wù)序列。
　　(4)驅(qū)動模塊(Driver)：包括主機驅(qū)動(Master Driver)、從機驅(qū)動(Slave Driver)和中斷服務(wù)程序(Interrupt Service Transactor)。在Master Driver中定義了寫、讀兩個任務(wù)(task)，將寫或讀過程中的所有激勵都封裝在任務(wù)(task)中。Master Driver模仿外圍設(shè)備(APB)通過對DUT與APB的外部接口進行驅(qū)動，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳給DUT。Slave Driver主要是模仿Master要訪問的外設(shè)，通過Slave Generator隨機產(chǎn)生一些讀時需要的數(shù)據(jù)，根據(jù)端口i2c_scl和i2c_sda_o來判斷何時主機開始讀數(shù)據(jù)，然后驅(qū)動i2c_sda_i來輸出數(shù)據(jù)并送到DUT的讀寄存器。Interrupt Service Transactor是一個中斷服務(wù)程序，當接收到中斷時，會把中斷信息傳給Master Driver。
　　(5)監(jiān)控器(Monitor)和自檢器(Checker)：I²C共有兩個Monitor：Master Monitor和Slave Monitor，分別負責監(jiān)測主機和從機的端口信息。Monitor時刻監(jiān)測DUT的端口信息，將DUT端口變化的數(shù)據(jù)信息記錄在一個事務(wù)中，通過相應(yīng)的事務(wù)通道將這個事務(wù)送到Checker中。Checker將從兩個Monitor中接收到的事務(wù)進行自動比較，檢查DUT是否存在bugs。
　　(6)功能覆蓋(Function Coverage)：功能覆蓋模塊和測試平臺中的所有模塊都有聯(lián)系，使用功能覆蓋可以幫助找出功能上的缺陷，主要用來衡量模塊設(shè)計是否符合設(shè)計需求的所有功能。在I²C模塊中主要考察了寄存器配置、中斷和使能等覆蓋的情況。
3.1.2 測試結(jié)果
　　通過編寫隨機測試例使DUT的驗證達到了代碼覆蓋率96.65％和功能覆蓋率100％。根據(jù)驗證的要求，代碼覆蓋率應(yīng)該達到100％。通過和設(shè)計工程師的交流，找出沒有覆蓋到的代碼，查找原因，發(fā)現(xiàn)了一些驗證中的不足和源程序中的冗余及缺陷(bug)，通過修改源代碼，同時增加一些直接的測試例，使代碼達到了完全的覆蓋。
　　在驗證中采用了含錯誤指示的自核對式測試技術(shù)，在生成的.log文件中根據(jù)是否有錯誤報警來判斷模塊設(shè)計或驗證代碼是否存在缺陷，免去了直接從仿真波形上查找錯誤的繁瑣性。但在測試中，通過仿真出來的波形來檢驗驗證的過程及結(jié)果也是非常必要的，特別是牽涉到時序方面的驗證時，仿真波形更顯示出其在驗證過程中的作用；從波形上可以直接獲取信號的信息，對驗證代碼進行修改完善，同時也能觀察到存在于DUT內(nèi)部的信號，查找出更多的bug。在驗證I²C模塊中仿真出來的寫操作部分波形如圖3所示。

　　通過采用RVM設(shè)計的測試平臺，I²C模塊的RTL級驗證很成功，達到了預(yù)期的效果，設(shè)計的測試平臺模塊性強，易于理解和重用。
3.2 I²C驗證模塊在整個系統(tǒng)級驗證中的重用
　　進行完RTL級的驗證后，需要把SoC芯片中的各個模塊通過接口連接起來，進行整個系統(tǒng)級的驗證。在系統(tǒng)級驗證時，驗證工程師需要對自己的驗證模塊進行監(jiān)控，檢查各個模塊的輸入和輸出端口，進行輸入輸出結(jié)果的比較。此時，可以將模塊級測試平臺中的部分模塊重用到系統(tǒng)級驗證中來。由于此時的激勵是由系統(tǒng)產(chǎn)生的，所以驗證工程師只需要把各自模塊里面的Monitor、Checker及Functional Coverage模塊重用到系統(tǒng)級即可。系統(tǒng)級中I²C驗證模型如圖4所示。