介紹

功能覆蓋、激勵生成和運行管理是當(dāng)今功能驗證的三大相互關(guān)聯(lián)的任務(wù)。其中，功能覆蓋率可以說是最重要的，主要是因為覆蓋率收斂是tape的主要標(biāo)準(zhǔn)。覆蓋率衡量標(biāo)準(zhǔn)提供了關(guān)鍵的反饋。如圖1所示，覆蓋率模型應(yīng)包括端到端功能覆蓋、主要接口的事務(wù)覆蓋、關(guān)鍵RTL結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)覆蓋和基本代碼覆蓋。

基于斷言的方法有助于發(fā)現(xiàn)bug，反饋回歸環(huán)境的質(zhì)量。這種方法不僅可以由驗證實現(xiàn)，設(shè)計可以通過以斷言的形式描述他們對設(shè)計內(nèi)部操作的深入行為來提供check。

斷言和功能覆蓋實際上是同一枚硬幣的兩面。兩者都在寄存器傳輸水平（RTL）設(shè)計中提供詳細(xì)的觀察點。

指南

遵循指南可以使設(shè)計更容易。首先，將斷言放在RTL代碼中，以便它們可以與RTL代碼一起管理、更新和重復(fù)使用。接下來，通過適當(dāng)?shù)淖⑨寣嘌耘cRTL分開；一些公司建議將ifdef/endif放在斷言周圍，以便將它們排除在實現(xiàn)流程中的工具之外。

斷言不必復(fù)雜。事實上，根據(jù)我的經(jīng)驗，簡單的斷言通常和復(fù)雜的斷言一樣有用，包括捕捉復(fù)雜的bug。在接下來的部分中，我將探索如何將SystemVerilog 斷言屬性和覆蓋屬性置于在設(shè)計上。

首先，用于表示特殊信息的寄存器應(yīng)遵守預(yù)定義的合法值（gray_code、odd_parity、even_parity、one-hot）。例如，下面的寄存器聲明要求bus_state是one_hot編碼的，int_mask中的單個位是相互排斥的，hdl_cmd將只具有合法值。設(shè)計或者驗證可以捕獲它們，以確保它們被功能驗證所涵蓋。

接下來，當(dāng)寄存器用作計數(shù)器時，它們應(yīng)該相應(yīng)地存在概念（最小、最大、范圍、值、遞減、遞增、上溢出、下溢出等）。例如，在下面的寄存器聲明中，我們希望確保hdr_adr在1到26的范圍內(nèi)。對于bus_cnt，它不應(yīng)該下溢和溢出。對于計數(shù)器來說，了解他們是否達(dá)到了高水位可能很有趣。驗證團(tuán)隊可以進(jìn)行更多的覆蓋分析，但需要知道這些計數(shù)器的位置，這些指針通常可以在覆蓋屬性中找到。

接下來，當(dāng)寄存器用作計數(shù)器時，它們應(yīng)該相應(yīng)地運行（即與最小、最大、范圍、值、遞減、增量、增量、下流、溢出等的所有參數(shù)一致）。例如，在下面的寄存器聲明中，我們希望確保hdr_adr在1到26的范圍內(nèi)。對于bus_cnt，它不應(yīng)該下溢和上溢。對于計數(shù)器來說，了解他們是否達(dá)到了高水位也可能很有趣。驗證團(tuán)隊可以進(jìn)行更多的覆蓋率分析。

此外，重要的控制寄存器（狀態(tài)、地址和狀態(tài)）應(yīng)正確復(fù)位，并且不應(yīng)具有X或Z狀態(tài)。

在RTL開發(fā)期間定期進(jìn)行檢查。例如，在下面的示例中，當(dāng)斷言cmd_write時，將發(fā)生DMA傳輸。然而，用戶沒有檢查cmd_ready。他假設(shè)當(dāng)cmd_write被采樣時，命令處理已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

下面的第一個斷言屬性有助于確保在斷言cmd_write時，信號cmd_ready為真。第二個斷言屬性確保xdma傳輸將在cmd_write之后發(fā)生。另一個覆蓋率屬性可以評估成功的DMA傳輸。

當(dāng)綜合指令與case語句一起使用時，確保假設(shè)對指定的case語句成立，并報告任何潛在的仿真/綜合不匹配。對于full_case指令，至少有一個case項為真，對于parall_case指令，最多有一個case項為真。例如，在下面的示例中，帶有“X”賦值的默認(rèn)分支用于幫助綜合優(yōu)化。永遠(yuǎn)不應(yīng)該達(dá)到它?？梢蕴砑訑嘌詫傩詠頇z查此場景。然后，可以使用仿真和形式驗證來驗證它永遠(yuǎn)不會被執(zhí)行。與此同時，我們可以有一個覆蓋率屬性，可以獲取一些關(guān)鍵但罕見的條件。我們希望確保它們已經(jīng)通過仿真進(jìn)行了檢查和覆蓋。

有時候，只有一個分支變量應(yīng)該是真。例如，在下面的示例中，應(yīng)始終斷言其中一個信號（s0、s1或s2）。我們可以用one_hot屬性來驗證這一點。同樣，覆蓋屬性可用于捕獲控制信號上的臨界值變化，例如當(dāng)pkg_type從`CTRL更改為3'b111時?？刂普Z句為定義這些覆蓋屬性提供了一個特別好的位置，因為所有控制信號和參數(shù)都在本地可用。

當(dāng)設(shè)計團(tuán)隊集成所有SoC模塊進(jìn)行芯片級仿真時，這些模塊通常無法相互通信。為了及早發(fā)現(xiàn)這些模塊間通信問題，添加了協(xié)議監(jiān)視器來檢查片上總線和標(biāo)準(zhǔn)接口。在仿真過程中，協(xié)議監(jiān)視器確保模塊與其外部接口正確通信。通過收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)和覆蓋信息，這些監(jiān)視器衡量驗證環(huán)境的有效性。

隨著模塊的復(fù)雜性增加，內(nèi)部通信方案也越來越復(fù)雜。斷言對于驗證這些模塊內(nèi)接口很有用。

覆蓋率和數(shù)據(jù)流統(tǒng)計對內(nèi)部接口和外部接口一樣重要。此類信息證實了通過接口的數(shù)據(jù)流，并突出了任何潛在的“瓶頸”。

例如，在下面的數(shù)據(jù)傳輸波形中，我想確保數(shù)據(jù)有效信號斷言足夠長的時間（兩到四個周期），并且當(dāng)斷言有效時數(shù)據(jù)總線是穩(wěn)定的。

接下來，在下面的握手?jǐn)?shù)據(jù)傳輸波形中，我想確保數(shù)據(jù)有效信號的斷言時間足夠長，以便在斷言有效時數(shù)據(jù)總線是穩(wěn)定的，并且每個有效的斷言后都有一個ack。

計算資源、系統(tǒng)片上總線、互連、buffer和存儲器是邏輯結(jié)構(gòu)，通常由仲裁和復(fù)雜的控制邏輯共享和控制。在為設(shè)計創(chuàng)建驗證環(huán)境時，團(tuán)隊傾向于首先關(guān)注整體規(guī)格。相反，它們不會強(qiáng)調(diào)這些資源控制邏輯的邊界情況。我看到許多回歸環(huán)境在這些關(guān)鍵場景提供的覆蓋率非常低。因此，有問題的場景沒有被發(fā)現(xiàn)，包括重新流片成本高昂的故障。

在仲裁資源共享的控制器中，根據(jù)優(yōu)先級、權(quán)重或credit方案生成request和grant信號。我想確保仲裁方案正確，資源（總線、互連、內(nèi)存）一次只由一個master處理，并在再次分配之前取消分配。最好用參考模型方法檢查這種類型的結(jié)構(gòu)。可以利用Accellera OVL庫中的仲裁檢查器。預(yù)定義的仲裁包括優(yōu)先權(quán)、公平或輪訓(xùn)、FIFO和LRU。

ovl_arbiter檢查器可以在RTL代碼中實例化。它確保不應(yīng)在沒有請求的情況下發(fā)放grant，并且在一個周期內(nèi)只聲明一項grant，并在請求后[min_cks:max_cks]指定的時間窗口內(nèi)grant。除了檢查仲裁方案外，仲裁員checker還有一套全面的cover point和cover group，如cover_req_granted、cover_req_aborted、time_to_grant、concurrent_requests等。還可以添加額外的斷言屬性，以確保request和grant信號表現(xiàn)良好。例如，仲裁checker假設(shè)請求將保留，直到它被grant。我們可以為每個通道生成斷言屬性，如下所示。

總線橋、dma控制器和路由器等數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)包從一個接口傳輸?shù)搅硪粋€接口。在系統(tǒng)級仿真環(huán)境中，數(shù)據(jù)完整性錯誤不容易觀察到。只有當(dāng)損壞的數(shù)據(jù)到達(dá)scoreboard時，它們才會被檢測到，或者在仿真結(jié)束時被標(biāo)記為丟失。使用斷言屬性，可以沿著數(shù)據(jù)傳輸路徑檢查它們。它們不應(yīng)該丟失或損壞，如有必要，我們還可以確保它們遵循先入先出規(guī)格，沒有任何更改。與其手動創(chuàng)建數(shù)據(jù)完整性斷言，不如利用Accellera OVL庫中的fifo斷言檢查器。fifo檢查器確保模塊中事務(wù)通過模塊的數(shù)據(jù)傳輸不會損壞。對于具有多個輸入和輸出端口的模塊，例如N-to-M總線矩陣，可以使用OVL多端口fifo檢查器。同樣，fifo檢查器還有一套全面的cover point和cover group，如cover_enqueues、cover_dequeues、cover_fifo_full、cover_fifo_empty、cover_simultaneous_enq_deq等。它們可用于評估設(shè)備的數(shù)據(jù)流。也可以添加其他斷言屬性。

出于驗證目的，我們將有限狀態(tài)機(jī)（FSM）分為兩類：接口FSM和計算FSM。接口FSM使用具有明確timing要求的I/O信號。接口FSM的例子有總線控制器、握手FSM等。計算FSM不涉及具有明確定義的timing要求的信號。重要的是不要根據(jù)FSM的RTL編寫屬性。如果設(shè)計師誤解了需求或在編寫RTL時犯了錯誤，F(xiàn)SM將是錯誤的。

通常，接口FSM的規(guī)范來自協(xié)議文檔和波形圖。斷言屬性應(yīng)來自原始規(guī)范。他們將確保FSM在時間段內(nèi)正確采樣輸入信號，并在輸出時序規(guī)范內(nèi)斷言響應(yīng)信號。通常，計算FSM的規(guī)范來自控制流圖，這在工程文檔和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中很常見。為了提高性能和/或簡化實現(xiàn)，流程圖可能會被劃分、扁平化、重新管道化成多個FSM。我們可以捕獲具有斷言屬性的流程圖行為創(chuàng)建了一個“可執(zhí)行”規(guī)范。

斷言屬性可用于捕獲流程圖中的控制決策、狀態(tài)跳變和操作序列。在下面的示例中，流程圖來自原始規(guī)范。

結(jié)論

在覆蓋率驅(qū)動的驗證方法中，捕獲錯誤和衡量進(jìn)度的能力同樣重要。幸運的是可以利用用斷言捕獲錯誤以及在設(shè)計中提供深入的結(jié)構(gòu)覆蓋。通過使用覆蓋屬性和斷言庫，你可以以很少的增量努力完成這項工作。

最好的建議：在為設(shè)計開發(fā)斷言時考慮覆蓋范圍。這是在回歸環(huán)境中實現(xiàn)全面的錯誤檢測能力和結(jié)構(gòu)覆蓋率的第一步。

審核編輯：劉清