基于虚拟化技术的SV验证平台研究

摘要

近十年来，由于无线通信设备市场的强劲增长，使得移动通信基带芯片而受到广泛关注。随着片上系统（System on-chip，SoC）设计规模的增大和复杂性的增加，验证工作在数字电路中的地位变得越来越重要。本文基于通信基带 SoC芯片的研发项目，对系统级验证中平台的设计和优化的问题进行了深入研究，给出了完整的优化解决方案和测试用例的分析。
　　本文首先通过介绍系统级验证平台基本功能和结构，具体分析了 SystemVerilog验证平台的工作原理及其组件之间联系。在此基础上，针对现有验证平台的需求进行分析并提出优化设计目标。然后，根据优化目标提出具体优化设计方法，即部分硬件实体的抽象虚拟化，主要分为两部分：一方面是CPU的虚拟化，另一方面是总线功能模型的抽象。通过这两部分的虚拟模型来替换实体，简化设计。对于CPU的虚拟化，可以在验证平台上模拟 CPU的行为建立一个模型 cRunner，它能将测试用例的C程序转换成SV程序，直接在仿真器上执行。而cRunner与其他模块通信的总线模型，可采用开放核心协议(OCP)和通用验证方法学，设计一个总线功能模型OCP_agent，它能实现从cRunner到NoC的接口协议转换，从而对寄存器/存储器的进行访问。优化后的验证平台称为统一的验证平台。在UTB上采用软硬件协同仿真策略，实现了仿真过程的加速和无核心系统下的仿真验证，达到了预期的优化设计目标。最后，在原有的验证平台和优化的验证平台分别进行测试用例的仿真，仿真包括系统级仿真和门级仿真。得出的数据结果，进行对比分析，实际物理仿真时间减少了83.9％。证明优化的验证平台能大幅加快仿真速度，提高验证效率。
　　本研究主要创新点包括：采用直接编程接口（DPI）能在C语言域和SV语言域中转换的特点，实现对CPU虚拟模型—cRunner的设计。它能把在实体CPU中的C程序直接转移到仿真器中，实现C程序的高效快速执行，使得BOOT时间减少了87.7%。使用UVM验证方法学，完成一个可扩展OCP总线功能模型的设计。在使用UVM过程中，采用了事务级建模、动态配置和内建工厂等机制。同时设计了一个OCP协议可配置的模块，扩大了该模型的应用范围。这些特性使得该模型作为验证知识产权（IP）兼具有良好的可复用性和扩展性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

缩略语对照表

目录

第一章绪论

1.1研究背景

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 论文的研究内容和组织结构

第二章通信SoC基带芯片系统验证平台的介绍

2.1 验证平台的简介

2.2 系统级验证平台的原理和功能

2.3 系统级验证平台的组成部分

2.4 系统级验证平台的实例分析

2.5 本章小结

第三章现有验证平台的需求分析和优化设计方法

3.1 现有验证平台的需求分析

3.2 SVTB的优化目标

3.3 UTB的设计方法

3.4 对门级仿真的说明

3.5 本章小结

第四章虚拟CPU--cRunner的设计

4.1 SystemVerilog与C语言的接口--DPI技术

4.2 cRunner原理介绍

4.3 CPU在测试用例中的功能分析

4.4 cRunner功能的实现

4.5 其他技术

4.6 本章小结

第五章OCP总线功能模型的设计

5.1 OCP协议介绍

5.2 总线功能模型介绍

5.3 UVM介绍

5.4 OCP总线功能模型的设计

5.5 本章小结

第六章验证过程与结果分析

6.1 验证情景描述

6.2 系统级验证仿真结果的分析

6.3 门级验证仿真结果的分析

6.4 本章小结

第七章总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

作者简介