TURBO51嵌入式微處理器功能驗(yàn)證

4 RTL模擬仿真和覆蓋率及代碼風(fēng)格檢查

4. 1 RTL仿真

在功能時(shí)序文檔和制定RTL 模擬仿真計(jì)劃時(shí)，RTL編寫和模擬仿真在每個(gè)子模塊， 宏模塊， 系統(tǒng)級設(shè)計(jì)功能行為描述和驗(yàn)證計(jì)劃完成后才開始， 每個(gè)子模塊RTL編碼完成后放入用行為級描述的模型進(jìn)行仿真， 再用EDA 工具提供的代碼檢查工具作RTL代碼檢查， 再仿真直到達(dá)到代碼覆蓋率， 然后層層向上做宏模塊和系統(tǒng)級的RTL 代碼檢查和基于代碼覆蓋率的仿真。驗(yàn)證的主要排錯(cuò)和測試在這個(gè)階段進(jìn)行， 包括檢查是否與8051標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的驗(yàn)證， 高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的驗(yàn)證和運(yùn)行操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序。

這里面使用了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)， 即由EDA工具給出的測試激勵(lì)對已設(shè)計(jì)邏輯的代碼覆蓋率和自己定義的臨界功能覆蓋率。

在模擬仿真中， 對臨界指令組合采用手工匯編語言編寫激勵(lì)。在兼容性測試中， 包括指令集測試，位尋址空間遍歷，上電測值測試， 寄存器文件讀寫遍歷， LS變量RAM 遍歷， 代碼空間分頁切換，中斷控制， 8051標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)， 定計(jì)， IO， 擴(kuò)展外設(shè)驗(yàn)證， SOC 總線讀寫， PWM 脈寬調(diào)制， 在線程序燒入， 基礎(chǔ)應(yīng)用:

軟件I2C讀寫， 從外部讀取64KB 數(shù)據(jù)和系統(tǒng)測試，基于操作系統(tǒng)的遙控按鍵解碼和對片上其它器件的參數(shù)讀取。在此期間使用閃存的仿真模型，對于指令集測試， 在現(xiàn)有商用軟件開發(fā)環(huán)境下創(chuàng)建測試激勵(lì)， 對全部111條指令， 按 標(biāo)準(zhǔn)8051手冊上對每條指令的執(zhí)行結(jié)果值， 按分支目標(biāo)， 分支方向， 對標(biāo)識(shí)位的影響這幾個(gè)方面進(jìn)行測試。先在基準(zhǔn)平臺(tái)上進(jìn)行單步運(yùn)行，記下每條指令的每種狀態(tài)值， 再將這些值作為正確依據(jù)， 執(zhí)行完一項(xiàng)比較一項(xiàng)結(jié)果， 如相同就繼續(xù)向前， 同時(shí)一條IO 輸出一個(gè)方波，如不同則進(jìn)入本條指令結(jié)果， 標(biāo)記， 分支的死循環(huán)， 通過查這個(gè)死循環(huán)地址便可快速定位是錯(cuò)在哪條指令的什么地方， 同時(shí)另一IO輸出另一種方波。此程序先在基準(zhǔn)平臺(tái)運(yùn)行通過，不進(jìn)死循環(huán)， 再把它轉(zhuǎn)成數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入仿真模型。寄存器文件讀寫也是依據(jù)8051手冊， 區(qū)分不同尋址方式對應(yīng)的寄存器文件。在測試結(jié)果中，最重要的一個(gè)觀測點(diǎn)是指令提交地址寄存器， 它記錄了真正的處理器運(yùn)行走向， 只要它未出現(xiàn)異常， 這個(gè)測試項(xiàng)就認(rèn)為無嚴(yán)重錯(cuò)誤。RTL模擬在TURBO51中分為測試激勵(lì)生成， 結(jié)果檢測和覆蓋率分析三個(gè)部分。TURBO51采用了手工編寫臨界條件和基礎(chǔ)測試程序，通過后再運(yùn)行實(shí)際應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)。此階段完成的標(biāo)準(zhǔn)是對代碼和功能覆蓋率的檢查。在模塊級RTL的編寫過程中一邊對代碼風(fēng)格和仿真測試覆蓋率進(jìn)行檢查，同時(shí)進(jìn)行綜合以測試關(guān)鍵路徑對設(shè)計(jì)時(shí)序的滿足。作為輔助驗(yàn)證， 自動(dòng)指令生成指令庫， 指令生成控制器生成的測試激勵(lì)同時(shí)也在一個(gè)行為級8051指令集模擬器仿真模型中一起運(yùn)行， 逐條進(jìn)行結(jié)果比較， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)果不一致時(shí)對指令進(jìn)行記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)分支不一致時(shí)仿真停止或仿真量到達(dá)一定規(guī)模時(shí)也停止仿真， 供查看代碼覆蓋率用。

4. 2 覆蓋率和代碼風(fēng)格檢查

基于模擬仿真的驗(yàn)證的困難是無論采用的測試激勵(lì)是來自真實(shí)應(yīng)用還是指令自動(dòng)生成， 都無法證明整個(gè)處理器不出錯(cuò)。因此TURBO51仿真驗(yàn)證的完成標(biāo)準(zhǔn)是在錯(cuò)誤收斂了的情況下增加更多的測試向量， 使EDA 工具提供的設(shè)計(jì)邏輯覆蓋率達(dá)到塊級100%和表達(dá)式級93% ， 功能覆蓋率達(dá)到100% 。

功能覆蓋率的測試是設(shè)計(jì)規(guī)格書中定義的全部行為和驗(yàn)證計(jì)劃的全部臨界點(diǎn)。在進(jìn)行覆蓋率檢查的過程中，可以得出目前的總覆蓋率和對一個(gè)模塊中某個(gè)狀態(tài)未被測試向量覆蓋的邏緝和輸入值， 它指明了漏洞存在， 指導(dǎo)手工編寫直接針對未覆蓋邏緝的測試。另外代碼覆蓋在TURBO51的設(shè)計(jì)中也被用于排除冗余或重復(fù)的邏輯， 節(jié)省不必要的關(guān)鍵路徑開銷和邏輯資源。代碼檢查: 代碼檢查使用EDA 工具所提供的功能。使代碼在綜合中不會(huì)產(chǎn)生異常， 使模擬仿真的結(jié)果與FPGA 不一致。在這里用形式驗(yàn)證工具對修改后和修改前的代碼進(jìn)行等價(jià)性比較。表1是各大模塊的RTL 仿真代碼覆蓋率， 表2是主要模塊在不同測試激勵(lì)下的代碼塊覆蓋率和表達(dá)式覆蓋率。均由Cadence Incisive 給出。

表1 主要模塊代碼測式覆概率。

表2 主要模塊在不同的測試激勵(lì)下的覆蓋率

5 物理原型驗(yàn)證

物理原型驗(yàn)證是AS IC 設(shè)計(jì)中通常采用的另一種重要的驗(yàn)證手段。它是將RTL 描述通過針對FPGA目標(biāo)器件的綜合及優(yōu)化， 布局布線及優(yōu)化并同時(shí)進(jìn)行了靜態(tài)時(shí)序分析后形成ASIC 設(shè)計(jì)的另一種物理實(shí)現(xiàn)形式。它能比RTL 模擬仿真更接近真實(shí)的AS IC， 能在系統(tǒng)板上在功能上完全取代ASIC 進(jìn)行工作， 但最高速度一般比ASIC 慢一半以上。在這些都完成并通過了設(shè)計(jì)描述文檔和驗(yàn)證文檔的審核后進(jìn)行FPGA 硬件加速仿真，完全在系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境下檢驗(yàn)兼容性及正確性并做出初步性能*測。相對于仿真而言， 它能在提高系統(tǒng)運(yùn)行速度上提高幾個(gè)數(shù)量級。