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摘要：

      引數化的IP是可配置的，這意味著在不同的SOC中IP設計可以有不同的設計引數，設計引數可以對應到協議、埠號、埠名稱、以及內部邏輯。大量的IP設計引數非常影響驗證環境的構建，比如testbench的連線、驅動器、監視器、模擬序列以及功能覆蓋率的建立。

本文呈現出了一種使用UVM驗證方法學構建基於高可配置性的高階微處理器匯流排架構（AMBA）的IP驗證環境，其中會使用到Synopsys公司的AMBA VIP和Ruby指令碼。該驗證環境可以支援通過使用AMBA設計引數進行自動化的驗證環境更新，包括IP preprocess、IP  testbench以及IP MODULE UVC。

  同時本文也會介紹如何去做testbench繫結連線的垂直複用和水平復用，驗證IP（VIP）、序列（sequence）的複用、UVM環境配置、記分板（socreboard）複用以及覆蓋率（coverage）。

  通過專案最終結果表明，當引數化的IP改變它的設計引數並且整合到不同的SoC中時，使用該方法可以減少30%的額外資源需求。

 關鍵字：可配置化，水平復用，垂直複用，引數化IP，通用驗證方法學（UVM）

1.   簡介

引數化的IP設計是加速行業的趨勢。同樣地，在不同的引數配置、不同的SoC專案中使用使用IP設計也是一個加速的趨勢。這些趨勢雖然提高了RTL的開發效率，但是也帶來了許多新的驗證要求。

Janick Bergeron曾寫道”在數百萬門asic和fpga的時代，可重用IP、系統級晶片（SoC）設計，驗證花費約佔70%專案週期[1]”。驗證通常來說是直接處在專案進度的關鍵路徑上的，對於理解如何讓一個驗證環境自動地適應不同的IP設計引數，以及當IP設計引數變化後驗證人員只需花費最少的努力是至關重要的。

      為了減少驗證的時間消耗，驗證環境必須做成高度可配置型以及易複用型，本文詳細描述瞭如何開發可配置和可複用型的驗證平臺元件，以及如何通過設計引數自動化地配置它們。在本文中該方法被稱為是一種自適應的IP驗證環境。

2.   引數化IP驗證的挑戰

當設計需要在多引數配置的環境中驗證時，共享引數就成為一個挑戰[2]。手動在驗證環境中更新新的設計引數是一件很複雜的工作。其中包括了修改驗平臺的連線關係；新增或者減少驅動器（driver）、監視器（monitor）、記分板（scoreboard）的數量；以及調整功能覆蓋率（function coverage）和斷言（assertion）等等。

通常使用的方法是使用紅（`ifdef）去區分不同的設計引數。典型地，一個設計擁有一組巨集，但是當專案規模不斷的增長時，這種方法對於驗證平臺的除錯以及後續的維護就變得非常複雜。

在下一部分我們將會介紹一個自使用的IP驗證環境專門去應對這個挑戰。

3.   自適應引數化IP驗證環境架構

本文中，引數化的IP設計是一種高階的微處理器匯流排，它連線了一組AXI,AHB,APB   的masters和slaves。埠的位寬和埠的協議、埠號、內部暫存器基址以及計數器初始值都可以被設計引數引數化控制。

如圖1所示，這個自適應的IP驗證環境包括了第三方IP的預處理、IP驗證平臺以及相對應IP模組的通用驗證元件（UVC）。

3.1        IP預處理（IP_PREPROCESS）

IP預處理機制需要將所有的IP設計引數都放入一個引數組中，之後這個組將會被預處理，為設計生成一個引數檔案去使用，同時一個全域性的ruby陣列@@FEATURES也會被生成去給驗證使用。本文主要關注的是驗證這一部分:

 這個全域性的Ruby陣列@@FEATURES儲存著所有的IP設計引數，無論什麼時候IP設計引數被改變，這個全域性的Ruby陣列在VCS模擬執行之前會自動地更新。

3.2 IP 驗證平臺（IP_TESTBENCH）

IP 驗證平臺是由一個IP模組UVM元件（UVC）、一個Ruby主程式、一個繫結結合了模組的Ruby程式以及一個斷言Ruby程式，其中這三個Ruby程式均是在VCS模擬之前執行的，並且自動地撲獲IP設計引數。

（A）這個IP模組通用驗證元件（UVC）的主要功能是通過生成帶約束的隨機事物去模擬一些行為場景，監視DUT的響應，確保DUT的功能工作正常，檢查協議活動的有效性，並且收集覆蓋率資料。這些內容將會在在第五部分詳細描述。

（B）這個Ruby主程式遍歷了上面所講的那個全域性的Ruby陣列@@FEATURES，並且將裡面所有的IP設計引數都轉換成一個SystemVerilog 類裡面的屬性---本文中ip元件的特性是例項化ip的特性，所有SV類中的屬性儲存著所有IP設計引數。程式碼如下所示，該UVC通過ip設計特性進行配置操作。

（C）繫結Ruby程式的模組繫結其作用是連線DUT模組和驗證平臺（testbench）。下面的程式碼部分描述了Synopsys SVT AXI slave介面例項的數目是被IP設計引數”axi slave”所控制的，AXI slave介面訊號wdata和awaddr的連線使它能夠過IP設計引數控制的:

本文使用了uvm_resource_db在一個頂層模組中進行介面例項的繫結：

之後UVM驗證環境在動態的驅動器（driver）、監視器（monitor）類中通過使用虛介面（virtual interfaces）去訪問靜態介面[3]，然後驗證環境通過讀取uvm_resource_db去檢測取回繫結的介面例項：

這種介面繫結能夠被直接複用到晶片級（chip level），因為IP設計模組名稱在IP級驗證環境和SoC整個晶片級驗證環境中是保持一致的。

（D）斷言Ruby程式把IP設計引數傳遞給一種型別與設計模組功能相關的斷言。這些斷言通過IP設計說明書被建立，並且斷言的屬性在時許表示式中使用本地變數（local variables），因此它是自適應的。這些斷言被放置在一個介面中，然後繫結到DUT模組。對於DUT模組可以被複用到SoC級和不同的專案，因此它們在垂直複用和水平復用都可以適用：

4. 自適應引數化IP模組通用驗證元件（UVC）結構

IP_MODULE_UVC是從uvm_env擴充套件而來，其中包含了AMBA SVT VIPs,預測器（predictors）、計分板（scoreboards）、監視器（monitors）、IP模組通用驗證元件配置物件（IP module UVC configuration object）、基本的事物序列（basic sequence）以及全域性的虛的事物序列發生器（global virtual sequencer）。圖3闡述了IP_MODULE_UVC。

圖3-IP模組UVC結構

這個SystemVerilog特性的類-ip_component_features在4.2部分將會被被生成，並且它是被初始化在名為ip_features的IP模組UVC配置物件中。其中IP_MODULE_UVC中的每一個元件都可以通過IP設計引數進行配置和控制。

4.1 AMBA SVT VIPs

Synopsys AMBA SVT VIP 是一個通用驗證元件其中包含了主代理（master agents） 和從代理（slave agents）、驅動器（drivers）、生成器（sequencers）、監視器（monitors）、配置物件（configuration objects）、協議檢查器（protocol checker）、功能覆蓋組（functional covergroups）、約束隨機序列（constrained random sequences）以及事務包（transaction packets）。

（A）        例項化AXI、AHB以及APB SVT UVC

正如圖2描述的那樣，為了讓環境中的agents自動地得到IP設計引數，本文中在IP_MODULE_UVC所建立的AXI、AHB以及APB SVT UVC動態陣列如下：

（B）        配置AXI、AHB以及APB SVT UVC

AMBA SVT UVC配置類[4]在模組UVC配置物件中例項化並且被連線到同樣的位置去捕獲IP設計引數，在UVM配置機制中[5]，AXI SVT UVC 以及APB SVT UVC 是通過IP設計引數在UVM build phase階段被配置的。

4.2        自適應預測器以及計分板（self-adapting predictor and scoreboard）

預測器從AMBA UVC TLM 埠接受了一個真實的事務包，經過處理之後在通過TML 埠將被預測的事物傳送給計分板，讓計分板去檢查事物的正確性。

正如圖3所示，每一個slave都有一個計分板，預測器TML埠編號和計分板編號對於IP設計引數--ip_feature來說是自適應的，它們都是動態陣列資料結構。當slave的數目減少時，計分板數目以及TML埠數目會自動減少；當slaves數目增加時，計分板數目以及TMl埠數目會自動地增加。

4.3        自適應基本事物序列（self-adapting basic sequence）

這些基本事物序列會提供激勵源，本文中所提及的解決方案使用IP設計引數去控制事物序列的產生以及啟動。

例如，當設計引數改變了一個AXI slave中的基址（base address）時，AXI地址激勵會自動更新的。

4.4        自適應功能覆蓋率（self-adapting functional coverage）

Synopsys 公司的AMBA SVT VIP 提供內部的AXI、AHB以及APB功能覆蓋率；對於使用者來說僅僅需要在VIP 卑職類中對它們做使能處理即可。

Synopsys 公司的AMBA SVT VIP對於IP設計自身的覆蓋率也提供覆蓋率回撥操作。為了使用IP設計引數去控制功能覆蓋率，本文延伸擴充套件了Synopsys公司的覆蓋率回撥類，在Synopsys覆蓋率回撥類中例項化ip_component_features，並且使用IP設計特性去配置覆蓋點（cover point），因此覆蓋點的自適應如下：

但是要在功能覆蓋率中小心使用ip_feature，因為功能覆蓋率應當一直來自於設計說明書（design spec），而不是直接來自於IP設計引數程式碼。