基于UVM的覆盖率驱动自动验证系统

【摘要】本文介绍了一种应用于博微系列DSP内核的验证系统构建方案。验证总体采用UVM验证系统框架结构，采用覆盖率驱动的验证收敛统计方法实现了验证进度的可量化，并结合了Cadence硬件加速器技术使验证执行效率大大提高。实验证明该验证系统满足总体验证需求。

【关键词】UVM 覆盖率驱动;软件仿真环境;硬件加速器

一、引言

IC设计由于芯片内电路的固化，一旦流片即不能再对其内部结构及功能进行修改。因此，为保证一次流片成功率，对芯片进行系统、完备的验证是必要的[1]。随着芯片设计规模的不断增加，待验证的状态空间越来越大，利用传统的预先确定激励遍历的验证方法已很难满足验证的完备性、有效性需求。针对这样的现实情况，验证领域提出了MDV（Metrics-Driven Verification）的验证方法[2]。MDV以预定义功能覆盖点被触及情况多少来衡量系统验证进展，从而量化地描述了验证总体进度。

本文利用UVM验证平台结构结合MDV验证方法学搭建了针对BWDSP104+内核的系统级验证平台。该验证系统结构具有激励自动产生，中间结果自动比对以及覆盖率自动收集等功能。为加快仿真效率，验证平台引入了Cadence PXP硬件加速器技术，使效率提高了近500倍。

二、验证系统设计要求

本文中系统验证平台采用了UVM验证系统架构。典型的UVM系统主要由激励产生单元、硬件接口及驱动单元、正确性判断单元、覆盖率自动收集等模块构成。

该设计采用博微汇编指令集进行数字运算。按照待测设计的要求，验证平台激励生成子模块按照汇编激励产生规则，按记分板方式自动产生汇编激励，作为输入驱动全系统自动运行。验证平台中总体集成了对应硬件行为的软件模型，在待观测的周期提供系统比对所需的结果。

内核系统验证平台的总体工作原理图如图2所示。作为验证流程起始，首先由UVM验证平台体系中的“汇编指令自动产生”模块产生所需要的激励源文件。针对不同的运算部件，该模块分别对加法器、乘法器、移位器、超算器、译码器、分配器、访存单元及程序流控制等功能模块产生对应所需的激励文件。验证平台通过DPI接口与汇编解释程序相连接，通过对汇编源文件的编译链接，产生对应机器码文件，分别送软件仿真器、RTL内核硬件执行。通过插针的方式，将针对各功能模块观察设计的monitor分别连接进入内核系统，以观测不同模块的仿真特征。

三、验证系统测试区间

本设计中采用了MDV的验证方法，即通过软件模型和外置monitor分别对所产生的指令及硬件代码中待观测的功能点进行提前定义。功能点的定义基于以下基本原则。首先在软件激励产生方面，要求所有指令涉及到的计算部件、寄存器等资源交叉遍历，以满足所有可能覆盖情况。其次，要求系统工作的典型状态都被测试触及。测试平台激励产生部分采用目前流行的UVM平台架构。在硬件待观测设计中，对各种资源占用、冲突判断、异常判断、资源分配等工作情况进行了覆盖点收集。所有覆盖点信息都通过UVM软件环境、monitor观测定义，从而保证了典型的工作模式都得到有效的观测。

为加快验证系统硬件仿真的总体效率， 本设计分别构建了对应的软件IES验证平台系统和硬件加速器验证系统。为了保证软件验证环境与硬件加速器验证环境之间最大限度的功能一致性，PXP硬件加速器系统设定为SA（Simulation Acceleration）工作模式，将PXP验证环境作为可执行文件，通过DPI接口在软件环境中调用。从而保证了硬件加速器的最大限度资源利用率及工作效率。

图1 BWDSP内核验证平台总体设计原理图

本设计中同时搭建了软件验证环境（IES验证环境）与硬件加速器（PXP验证环境）两个相对独立的验证平台。在分系统检查验错过程中采用IES验证环境。针对PXP验证环境的高效性特点，在全局大规模回归验证过程中采用PXP验证平台环境。

为克服软件、硬件加速器间运算速度差异，本设计中构建了伺服程序在两者之间负责协调同步性，从而保证了对比结果的一致性。

四、平台验证结论

本部分将总体平台验证系统与待测DSP内核模块相连接，构成全局系统进行观测。对待测设计模块累计自动运行2000轮，通过自动程序将各轮覆盖率信息融合，获得预定义功能覆盖率已达到100%，满足功能覆盖率总体需求，说明该模块已通过设计验证，达到了预期验证目标。

五、结论

本文介绍了针对博微系列DSP芯片内核的验证平台系统。所设计验证系统利用UVM验证系统框架，结合了PXP硬件加速器技术，使验证效率得到有效提升。经功能模块验证测试证明该系统满足系统验证总体需求。

参考文献

[1]Chris Spears，Greg Tumbush.System Verilog for Verification，Springer，2008.10.

[2]John Decker，UVM Advanced Verification Topics，Cadence，2012.