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面向SoC的IP核及嵌入式处理器功能验证方法研究

殷燎  
【摘要】: 随着SoC设计复杂度与上市时间的矛盾日益凸显,功能验证已经成为超大规模集成电路设计的严峻挑战。本文以IP核及嵌入式处理器的功能验证为研究对象,分别对验证平台、验证工具、仿真流程、验证方法进行探索,系统地提出了高效的IP核设计验证方法与嵌入式处理器功能验证方法,显著提高了SoC中关键基础组件的验证效率,加速了SoC的设计验证进程。本文的研究内容与创新点主要包括以下四个方面: 1、基于虚拟SoC平台的IP核设计验证方法。在计算与通信的功能正交性理论指导下,对IP的内部逻辑与通信接口进行正交分离,并设计通用总线接口,提高了IP接口的设计复用性。采用SPIRIT标准构建IP的设计与验证资源规范化描述库,并提出了面向目标SoC系统的IP自动化集成流程。通过高层抽象建模方法,设计了包括系统级功能模型与外设行为模型在内的虚拟SoC平台,为不同IP提供统一的验证环境。基于虚拟SoC平台,正交分解IP的功能验证激励空间,分别优化IP的通信接口与逻辑功能验证用例生成流程,有效压缩了激励冗余度,提高了激励生成的效率与可复用性。 2、嵌入式处理器时钟精确模型设计方法与系统调用转换方法。采用面向对象方法,对处理器仿真模型的流水线架构与功能模块单元进行分离建模与设计,并基于稳定流水线架构对离散功能模块开展快速重构,提高时钟精确仿真模型对嵌入式处理器设计空间的搜索能力。面向目标仿真程序中的系统调用请求,提出系统调用转换的直通通道方法,采用时钟精确仿真模型中的寄存器组模块与总线接口模块对系统调用的参数和数据进行提取和转换,在虚拟系统与宿主系统之间进行系统调用的传递与实现,支持目标程序的快速仿真和高效调试。 3、嵌入式处理器验证平台与动态仿真流程。建立由验证用例,随机激励生成器与资源库,信号层验证子平台,仿真参考模型与结果检测,覆盖率统计等部分所组成的嵌入式处理器验证平台,并基于该平台提出了动态仿真流程方法,将平台调度流程与仿真流程相分离,设计平台调度中心控制验证平台的单向主控流程,设计仿真流程控制台实现动态循环的仿真流程,实现了处理器验证平台的一次静态编译、多次动态随机激励生成与循环仿真,有效压缩了编译时间消耗,提高了仿真效率。 4、基于层次化架构的处理器随机激励生成方法。提出处理器功能空间的层次化建模方法,基于处理器指令集进行指令功能的聚合与抽象,根据功能粒度的不同构建层次化验证资源库,其中包括场景配置库与功能操作库,对处理器随机激励生成提供验证资源支持。基于验证资源库,提出层次化的受约束随机激励生成方法,实现约束的分层设计、添加与单向链式传递,高效完成随机激励流生成。该技术提高了处理器随机激励的生成效率与质量,并增强了随机过程的可控性与可扩展性。 本文所提出的各项方法与技术,对于提高IP核与嵌入式处理器功能验证效率与质量具有积极的推动作用,从而加速SoC的设计验证进程。


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