當(dāng)今社會，芯片技術(shù)與人們的生活密切相關(guān)，在各種電子產(chǎn)品中都有芯片的身影，而且，它們往往是電子產(chǎn)品關(guān)鍵的核心技術(shù)。制造芯片的流程非常復(fù)雜而且資源投入巨大，保證芯片的設(shè)計質(zhì)量非常重要。驗證工作是芯片制造過程中及其關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，無缺陷的芯片不是設(shè)計出來的，而是驗證出來的，驗證過程是否準(zhǔn)確與完備，在一定程度上決定了一個芯片的命運。

目前在百萬門級以上的ASIC，IP，SoC設(shè)計時代，驗證約消耗整個設(shè)計工作的70％，需要專職的驗證團隊，而且驗證團隊人數(shù)通常是設(shè)計團隊的 1．5～2倍。隨著設(shè)計規(guī)模的擴大，芯片驗證的重要性達(dá)到了一個新的高度，但對驗證方法也提出了更多的要求，怎樣搭建高效穩(wěn)定的驗證模型成為目前研究的熱點。本文重點介紹如何搭建一種分層次的驗證模型，以及如何使用這套驗證模型進(jìn)行仿真。

1 驗證架構(gòu)

驗證架構(gòu)通常稱為testbench，如圖1所示，可以把驗證架構(gòu)分為激勵源、發(fā)送器、接收器、參考模型和記分牌五個部分。激勵源屬于腳本層，發(fā)送器和接收器屬于時序?qū)樱瑓⒖寄Ｐ秃陀浄峙茖儆谲浖印?/p>

激勵源 仿真的數(shù)據(jù)在激勵源中生成，它是一個TCL腳本語言解釋器，激勵代碼采用TCL解釋性腳本語言編寫，激勵生成之后會放到發(fā)送端共享緩存區(qū)中，這個過程在設(shè)計代碼開始仿真之前。

發(fā)送器 當(dāng)仿真開始后發(fā)送器會根據(jù)設(shè)計條件把數(shù)據(jù)從發(fā)送端共享緩存區(qū)中取出來，傳遞到設(shè)計模塊和參考模型中，發(fā)送器由Verilog代碼編寫實現(xiàn)，需要設(shè)計自己的PLI函數(shù)用來作為與發(fā)送端共享緩存區(qū)傳遞數(shù)據(jù)的接口。

接收器 接收器用來采集設(shè)計模塊處理后的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)放到接收端共享緩存區(qū)中，用于記分牌讀取數(shù)據(jù)，接收器由Verilog代碼編寫實現(xiàn)，需要設(shè)計自己的PLI函數(shù)用來作為和接收端共享緩存區(qū)傳遞數(shù)據(jù)的接口。

參考模型分析激勵源的數(shù)據(jù)并產(chǎn)生和設(shè)計模塊用來校驗結(jié)果，由于驗證人員和設(shè)計人員的理解思路不同，參考模型的功能和設(shè)計模塊的功能也不同，但隨著驗證過程的推進(jìn)，兩者應(yīng)該收斂于需求規(guī)格書，參考模型基于C++語言實現(xiàn)。記分牌記分牌從接收端共享緩存區(qū)取出數(shù)據(jù)和參考模型的分析結(jié)果并進(jìn)行比較，把每次比較的結(jié)果記錄下來，以便驗證人員定位問題，記分牌基于C++語言實現(xiàn)。

2 腳本層關(guān)鍵技術(shù)

編寫激勵源數(shù)據(jù)屬于驗證過程的腳本層，為了高效地生成數(shù)據(jù)，使用TCL腳本語言實現(xiàn)。TCL與C／C++等編譯性語言的最大區(qū)別是當(dāng)TCL語言編寫好之后不用通過軟件編譯就可以直接運行，運行一行就是“解釋”一行，“解釋”的過程通過TCL解釋器完成。TCL擁有一個固有的核心命令集，同時還具有和 C／C++語言類似的控制結(jié)構(gòu)，如if控制、循環(huán)控制和switch控制等，并支持過程的定義和調(diào)用，對數(shù)組和字符串等簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也提供了支持，然而 TCL標(biāo)準(zhǔn)庫提供的命令可能不會滿足需要．這時要針對某一特定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CL語言的核心命令集合進(jìn)行擴展，加入適合于自己使用的擴展命令。

擴展TCL命令主要采用編寫二進(jìn)制程序包的方法，二進(jìn)制程序包本身并不嵌入TCL解釋器，而是一些用C／C++編寫的擴展命令的集合。任何標(biāo)準(zhǔn)的TCL解釋器都可以用加載的方法使用二進(jìn)制程序包中的擴展命令，Modelsim仿真工具集成了TCL解釋器。擴展一個TCL命令大致可以分為兩步：編寫擴展命令對應(yīng)的C／C++過程和注冊命令。TCL擴展命令的函數(shù)原型為：int Tcl_CmdProc（ClientData，Tcl_In-terp *interp，int argc，char *argv［］），參數(shù)clientData由TCL調(diào)用者傳人，其值在注冊擴展函數(shù)時設(shè)置；參數(shù)interp也由TCL調(diào)用者傳入，是指向解釋器結(jié)構(gòu)的指針；參數(shù)argc和argv與標(biāo)準(zhǔn)C語言的命令行參數(shù)argc，argv的含義類似，其中argc是被調(diào)用參數(shù)的個數(shù)，argv［0］是被調(diào)用的命令本身，argv［argc］是NULL，而argv到argv［argc-1］才是真正的參數(shù)。編寫好的擴展命令還需要注冊，如果注冊成功就可以在 TCL解釋器中使用了，注冊過程在初始化函數(shù)中進(jìn)行，TCL注冊函數(shù)原型為 Tcl_CreateCommand（Tcl_Interp*interp，char *cmdName，Tcl_CmdProc *proc，Client-Data clientData，Tcl_CmdDeleteProc *deleteProc），cmd-Name是解釋器中使用的命令名，proc為編寫的擴展函數(shù)名。需要注意的是TCL初始化函數(shù)的名稱必須是首字母大寫的DLL文件主文件名+一個下劃線+首字母大寫的Init組成。

3 時序?qū)雨P(guān)鍵技術(shù)

編寫發(fā)送器和接收器屬于驗證過程的時序?qū)樱瑫r序?qū)右舶ū焕脑O(shè)計模塊。腳本層生成的激勵數(shù)據(jù)是用TCL語言編寫的，而發(fā)送器和接收器是使用硬件描述語言Verilog編寫，為了實現(xiàn)兩種語言的數(shù)據(jù)傳遞，需要使用PLI接口編程語言完成兩者的結(jié)合，從而達(dá)到將激勵數(shù)據(jù)正確傳送到設(shè)計模塊和參考模型以及收集設(shè)計模塊輸出數(shù)據(jù)的目的，完成仿真這一過程。PLI函數(shù)對應(yīng)發(fā)送器和接收器中調(diào)用的任務(wù)，它使用C++語言擴展，在Verilog代碼中使用，主要包括四個C++函數(shù)：calltf，cheektf，sizetf，misctf函數(shù)，一般情況下只需要編寫其中的三個函數(shù)checktf，misctf和 calltf函數(shù)。編寫完這三個函數(shù)之后，要注冊PLI函數(shù)對應(yīng)的Verilog代碼中使用的系統(tǒng)任務(wù)或函數(shù)，提供每個系統(tǒng)任務(wù)和函數(shù)的名字以及相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，使用結(jié)構(gòu)體s_tfeell在C++代碼中來注冊PLI函數(shù)。

calltf函數(shù)在仿真運行時被調(diào)用，即仿真執(zhí)行到發(fā)送器或接收器中定義好的PLI任務(wù)時，就會調(diào)用該任務(wù)對應(yīng)的calltf函數(shù)；checktf函數(shù)在仿真開始運行前被仿真器調(diào)用，換句話說，在仿真時刻0，這個函數(shù)可以由仿真器的編譯器調(diào)用，checktf函數(shù)的主要目的是校驗一個系統(tǒng)／任務(wù)是否被正確使用和加載環(huán)境設(shè)置命令；misctf函數(shù)在仿真運行時的各種混雜事件情況下被調(diào)用，根據(jù)PLI函數(shù)調(diào)用變量的屬性選擇相應(yīng)的處理策略。

PLI函數(shù)要實現(xiàn)的具體功能在calltf函數(shù)中編寫，在這個函數(shù)中可以通過使用tf_getp（n）和tf_putp（n，val-ue）函數(shù)讀取時序?qū)拥臄?shù)據(jù)和對時序?qū)拥臄?shù)據(jù)賦值，其中n表示變量的位置，value表示變量要賦的值。如果時序?qū)拥臄?shù)據(jù)為數(shù)組類型，使用tf_nodeinfo（）函數(shù)讀取和修改Verilog內(nèi)存數(shù)組和變量數(shù)組中的內(nèi)容。當(dāng)調(diào)用tf_nodeinfo（）函數(shù)來訪問Verilog數(shù)組中的值時，函數(shù)將返回一個指向仿真數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中數(shù)組實際存儲空間的指針。一旦PLI應(yīng)用獲得了該指針，數(shù)組中的值在仿真過程中既可以被讀取也可以被修改。要訪問數(shù)組，并不需要每次都調(diào)用 tf_nodeinfo（）函數(shù)，只需要保存好初次調(diào)用tf_nodeinfo（）獲得的數(shù)組指針，tf_nodeinfo（）需要在系統(tǒng)函數(shù)／任務(wù)調(diào)用時在參數(shù)中指定一個選定的單元。

4 軟件層關(guān)鍵技術(shù)

編寫參考模型和記分牌屬于驗證過程的軟件層，采用C++語言編程實現(xiàn)。把這兩個驗證組件設(shè)計成兩個函數(shù)，分別為Pan_rm（char *s_indata，vector＜char*＞vr_outdata）和 Pan_check（char*s_indata，vector＜char*＞vc_outdata），函數(shù)入口參數(shù)為字符指針類型的原因是 TCL腳本語言處理的全部是字符類型的變量，腳本層生成的激勵數(shù)據(jù)為字符類型。

當(dāng)仿真執(zhí)行到Verilog代碼中PLI任務(wù)的時候，PLI函數(shù)中的calltf（）會調(diào)用Pan_rm函數(shù)或Pan_check函數(shù)。在發(fā)送器中，calltf（）把發(fā)送端共享緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)取出并傳給。Pan_rm函數(shù)，Pan_rm函數(shù)把入口的字符類型變量轉(zhuǎn)換成整型變量，然后根據(jù)需求規(guī)格做相應(yīng)的處理，最后把處理結(jié)果放入共享隊列；在接收器中，calltf（）收集設(shè)計模塊的處理結(jié)果并傳給Pan_check函數(shù)，Pan_check函數(shù)取出共享隊列里面對應(yīng)的Pan_rm函數(shù)的處理結(jié)果并與Pan_check函數(shù)的入口數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，把比較的結(jié)果存人到接收端共享緩存區(qū)，最后打印結(jié)果到一個輸出文件中以便驗證人員定位問題。

5 共享緩存區(qū)

為了實現(xiàn)腳本層，時序?qū)雍蛙浖幽軌蚴褂霉蚕砭彺鎱^(qū)，要把C++擴展的TCL命令、編寫的PLI函數(shù)命令以及軟件層代碼寫在同一個C++工程文件里，定義全局變量作為共享緩存區(qū)實現(xiàn)三個層次的互聯(lián)，最后通過VC編譯代碼以動態(tài)庫的形式加載到仿真器里面去。

6 結(jié) 語

TCL腳本命令在仿真之前運行，一經(jīng)執(zhí)行所有的激勵數(shù)據(jù)就會生成，在PLI函數(shù)的checktf（）例程里面獲取modelsim的TCL解釋器，并用TCL初始化函數(shù)將其初始化，這樣擴展的TCL命令就可以在Modelsim的解釋器里使用了。

需要注意的是，如果不在PLI函數(shù)的checktf（）例程里面獲取并初始化Modelsim的TCL解釋器，那么PLI函數(shù)是加載在Modelsim內(nèi)核的，如果要修改PLI函數(shù)里面調(diào)用的全局變量，要在擴展的TCL命令之前加上vsim_kernel，這樣才可以修改全局變量。當(dāng)驗證組件準(zhǔn)備好、驗證環(huán)境搭建完畢后，編寫自動運行腳本執(zhí)行仿真過程，按照如圖2所示的操作流程自動進(jìn)行驗證工作：運行自動腳本，啟動仿真器，加載動態(tài)庫，Modelsim的 TCL解釋器運行TCL腳本，開始仿真推進(jìn)仿真時間，觸發(fā)發(fā)送器的PLI函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，軟件層分析數(shù)據(jù)得到結(jié)果，設(shè)計模塊分析數(shù)據(jù)得到結(jié)果，觸發(fā)接收器的 PLI函數(shù)收集數(shù)據(jù)，軟件層比較數(shù)據(jù)，打印分析結(jié)果。

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