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端到端驗證IP在SoC計劃中的應用

上網時間: 2006年12月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:VIP  端到端IP  BFM  Testbench VIP 

IP再使用率的提高趨勢對每閘設計所需花費的工程努力帶來重大影響,但同時也對功能驗證帶來更多挑戰。事實上,自從整合多重設計IP模組成為標準以來,驗證已成為SoC計劃的首要任務及風險來源。為應對此一挑戰並消除風險,設計與驗證團隊意識到他們需要更多幫助。

目前大多數設計和驗證團隊都採用各種各樣的驗證IP(VIP)。實際上,VIP對每個複雜協議或匯流排標準(如PCI Express或AMBA AHB/AXI)都極為重要。將VIP的使用與一套驗證重用策略結合,並搭配一套從初步計劃開始貫穿至整個驗證功能收斂的方法,將使設計團隊得以實現最佳成效。

確保複雜協議檢查表的符合性需求進一步展現了驗證IP的優越性。這是對其本身的重要保證,且需跨越整個驗證過程。

VIP的終極目標是改善驗證過程,同時降低驗證計劃的風險預測。然而該使用哪種VIP的決定卻變得更加複雜。就像汽車有低階和高階車種一樣,VIP也有多種等級。由於VIP並非完全相同,因此不能隨便選擇VIP,而是要選擇既滿足需求又能節省資源並降低風險的正確VIP。這一點非常重要,若選擇了錯誤的VIP,通常會導致計劃延期,甚至整個計劃被取消。

本文將闡述如何最佳化VIP的選擇決策,並介紹多種VIP,以及在VIP選擇中需要考慮的關鍵因素。

VIP選擇考量

由於不同種類的VIP在功能上有很大的差異,瞭解真正的性能需求是主要關鍵。因此要從確認驗證的關鍵需求開始選擇。下列為需要考慮的普遍問題:

1. 驗證工作是一種信賴模組的‘快餐式’整合,還是要執行完整的功能性驗證?

2. 從模組級到晶片或系統級驗證時,你將如何重用VIP?

3. 你如何保證所有複雜協議的符合性?

4. 你會同時驗證多個協議嗎?

5. 你會如何指定驗證目標並衡量驗證進度?

你對這些問題的回答將會縮小可用VIP的範圍。例如,‘快餐式’整合需要的VIP性能遠低於完全驗證。簡單整合可以用‘匯流排功能模型’(BFM)完成。稍微複雜一點的計劃可以用‘Testbench VIP’完成。另一方面,IP開發與SoC計劃對VIP使用的重要性要高出許多。它們需要端到端VIP,為衡量完整性提供明確的指標,並需要完整解決方案,而這將跨越從建模到模組設計再到全晶片/系統驗證的完整驗證過程。它還跨越了包括形式分析、模擬、加速和模擬在內的全套驗證引擎。

考慮未來的需求也非常重要。即使你現在不需要很多功能,選擇有一定餘量的VIP通常是有必要的,這樣可以為將來的需求提升做好準備。

系統需求與IP驗證效能

VIP主要有三種,分別是BFM、Testbench VIP和端到端VIP。每種VIP都有其自身的特點和缺陷。表1為三種VIP的分類。


表1:三種不同VIP種類的劃分

BFM與Testbench VIP可滿足基礎模組連通性檢驗需求。針對更複雜的應用,就要用到端到端VIP。雖然有很多廠商供應商用化VIP,但事實上多數半導體和系統公司內部開發的只有BFM。

評估端到端VIP價值

1. 自動產生:將資訊擷取至常人可用的等級

即使是相對簡單的協議如AMBA AHB都會為驗證團隊帶來巨大而複雜的挑戰。一次簡單的匯流排讀取就有數百種排列,這是在可以閱讀的驗證計劃文件以及實際驗證過程本身中都要獲取的資訊。要手動全面測試這種協議將需要龐大的、費力的驗證計劃和過程。而人們獲取所有這些驗證情況的能力限制使得該過程風險更大。這就是端到端VIP、通用驗證IP或組件為解決方案帶來好處的明顯例證。這些高階通用VIP將協議細節擷取到一個常人可以有效管理的等級。它們不需要追蹤數百萬種協議情況(如緩衝溢出條件下許可啟動時,匯流排是否從FFFCA位置讀取),提供了更高的擷取等級。透過這種模式,VIP工程師將只需問:“所有讀取是否都已進行?”

人們可能會想:“多數情況並不重要,因為它們本質上與其它已經驗證的過程相似。”雖然從地址A進行一次讀取與從地址B的讀取確實沒有多大差別,但從整個大藍圖來說仍然是很重要的。測試人員經常會漏掉組合和邊界值,因此會削弱驗證的完全性。

實現全部功能覆蓋率的唯一方法就是採用前後關聯自動測試激勵產生。這可以保證所有重要的配置和排列都得到了測試,甚至包括罕見的裝置狀況,如錯誤條件。例如,自動產生包括錯誤輸入在內的所有可能行為的激勵因素。

此外,雖然類比方案正變得更加便宜,它們畢竟不是免費的(也永遠不可能免費)。因此實在不應該浪費它們。端到端VIP會指揮驗證引擎避開那些不在規定設計內的協議功能,以及那些已經驗證過的功能。這是使用功能覆蓋率方法的一個重要優勢。它強調了從計劃到驗證收斂的整個過程。

2. 重獲控制:將自動計劃用於閉合收斂過程

想像一下你被蒙上了眼睛,並被扔到遠離任何城市的荒郊野外,要如何找到回家的路?很多驗證團隊發現他們正處於這種困難境地。他們正在衝刺,卻沒有一張清晰的區域地圖。更加悲哀的是,這樣的團隊無法簡單或精確地告訴管理者他們目前所處的驗證階段,或者何時能夠完成。

要解決這些問題,端到端VIP必須提供三大關鍵要素:

a. 端到端VIP必須提供清楚的功能閉合收斂定義,包括團隊內所有人所瞭解的指標。這必須制訂一個DUT功能矩陣清楚地說明哪些需要測試,哪些不需要。該矩陣接著被編入一個可執行的驗證計劃。

b. 必須提供一種方式來觀察與衡量與指標相關的驗證結果。這可以讓所有人瞭解驗證階段距離閉合收斂還有多遠。

c. 需要一個報告機制,讓團隊和管理者精確瞭解目前所處的驗證階段,並精確地預測達到閉合收斂階段還需要多少時間和資源。

雖然需要一個閉合收斂過程計劃,這仍然不夠。驗證過程必須是自動的,如此才能成功驗證數百萬閘的SoC。即使擁有數千人的資源,但要管理這數千人進行複雜的功能驗證也是非常困難的事情。

VIP計劃的自動化性能強調三個基本元素。首先,它們提供了一套可執行的驗證計劃(vPlan)。它是一套工程師可讀,機器也可讀的文件,清楚說明了需要驗證的功能流程(見圖1)。


圖1:來自PCI Express統一驗證元件的驗證計劃樣本

其次,它們添加了自動激勵產生,確保功能流程的每個部份都得以執行。第三,它們提供了覆蓋點和覆蓋指標,讓你可以評估並報告驗證完成度。

驗證團隊還經常面臨查找錯誤與達成覆蓋閉合的痛苦任務。端到端VIP透過將二者自動化減輕了這種難度。例如,它們提供了失敗類選法尋找錯誤。並且沒有錯誤時,它們會提供達到最大覆蓋率的方法。因此端到端VIP可以讓每個新增模擬測試找到更多錯誤以及提高覆蓋率。

3. 將效率最大化:使用重用法使VIP可以在每個驗證階段使用

驗證IP就是要重用。VIP必須是只花費微小努力就能使用及重用的。在第一次使用,或者從模組到晶片再到系統級驗證時都是這樣。要達到這一目標,需在可重用VIP架構以及重用方法上進行巨大投入。這可透過設計團隊或者VIP供應商提供,不過必須使用得當,以獲得VIP重用的最大利益。

這並非只是理論。採用經市場驗證的重用方法和端到端VIP的用戶已經證明,在創造和重用他們的驗證環境時,可以提高50~100倍的生產效率。

4. 超越檢查表:對符合性進行充分校準、衡量和報告

達成協議符合性通常是SoC驗證的重要部份。為協助達到符合性,很多協議都有關聯的符合性檢查表。雖然完成這樣的檢查表很有價值,檢查所有選項並不能保證設計是真正符合協議的,更不能保證裝置是充分驗證過的。例如,要真正達到PCI Express符合性,你必須超越檢查表。它要求:a. 執行所提供的核查;b. 每次核查的閉合收斂必須事先校準(例如必須為每個都提供完成度指標);c. 必須設立自動報告機制。

下面是端到端VIP的主要方面,對於回答關鍵的符合性問題是非常必要的:

a. 哪些符合性條目沒有被驗證?

b. 由特定的符合性條目所描述的所有情況是否都被覆蓋到了?

c. 標準測試案例是否會驗證為特定用途而定製的功能?

d. 你能否為你的經理和其他團隊制訂一份進度報告?

讓我們檢查一個PCI Express交易層的核查,找出檢查表缺陷的例證。TXN.2.21#19聲明‘完成標頭為請求者ID、標記、屬性和流量類別提供的值,必須與相應要求的標頭所提供的相同。’表2鑑定了檢查表中沒有提供的,以及你必須提供的內容。


表2:錯誤檢查清單示例

端到端VIP在驗證過程的所有階段為你提供了實現、完成度標準、覆蓋率與報告機制。這為你節省了時間,並且由於它是得到充分認證的,讓你可以避免因初次使用軟體而產生的問題。例如,一個通用驗證元件主張檢查數據的有效性以及一套功能覆蓋率機制,記錄不管是否由DUT產生的所有值。將這一基礎架構與供應驗證計劃配對,為任何或所有符合性檢查以及整體驗證目標的完成度提供了最新報告。如圖2的完成度報告樣本。


圖2:符合性檢查完成度報告總覽

本文小結

SoC計劃中的重用需求隨著急速增加的複雜性而呈現爆炸性成長趨勢。這已經使得端到端VIP的新標準成為計劃成功的關鍵部份。

為實現整體驗證目標,並管理與複雜SOC與IP開發計劃相伴的風險,端到端VIP,又被稱為統一驗證元件需滿足以下需求:

1. 自動產生前後相關激勵因素;

2. 提供一套計劃和指標自動管理,並報告收斂狀態;

3. 確保從模組到晶片再到系統級的可重用性;

4. 充分校準、衡量並報告完成部份的符合性;

5. 跨越整個驗證過程和所有驗證引擎。

透過端到端VIP,一個完整的模組到系統級驗證過程,以及一個可靠的驗證方法,設計/驗證團隊可以實現他們的品質、可預測性、時間安排和效率目標。

作者:

Pete Heller

資深產品市場經理

Erez Kovshi

資深工程經理

Cadence設計系統公司




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