软硬件协同仿真的自动化验证平台设计

发布时间：2020-11-22 00:37

　　 芯片设计规模不断增大,芯片验证工作占据芯片开发过程约70%的时间,对验证技术的研究成为目前IC行业发展的重点之一。验证环节中,由于设计代码规模增大,使用传统软件模拟,耗时较长,严重影响项目进度,目前已使用的协同仿真,大多只对设计进行仿真加速,软硬件之间通信同步的时间较长,降低了硬件的原始性能;同时,验证平台日益复杂,验证平台搭建耗时在验证工作周期中所占比例日益凸显。因此,对于较大规模芯片验证工作,设计一个软硬件协同仿真的自动化验证平台,可以最大程度发挥硬件的原始性能,并保证验证环境的高性能和可复用性,具有重要意义。本文主要研究了软硬件协同仿真方法和利用Python语言实现验证平台自动化搭建。采用的软硬件协同仿真,相较于软件仿真与硬件加速设计代码的仿真方式,将验证平台中所有带有时序的代码移植到硬件一侧与设计代码一起进行加速,硬件与软件之前的通信不再基于准确的时钟周期,而是基于无时序的事物,更好地发挥了硬件的原始性能并极大较少了软硬件之间的通信时间;传统子系统级以上协同验证环境大多基于C语言搭建,与模块级用UVM搭建的验证环境较为脱节,本文中软件一侧验证环境仍基于UVM搭建,可更好实现从底层到顶层验证环境的复用;利用Python设计的自动化代码生成系统,相较于其他自动化系统,充分考虑到对脚本系统不熟悉的情况,只需填入待测设计相关信息,可一键生成与待测设计相匹配的验证环境,对任意待测设计适用,具有通用性。本文主要完成的工作有:1.研究了UVM验证环境层次化结构,通过分析UVM组件中时序部分与无时序部分的代码,对传统UVM验证环境进行划分,将所有包含时序的代码移植到硬件一侧,例化为可综合的总线功能模型,与设计部分代码一起在硬件中进行仿真加速,软件一侧切割后无时序部分为总线功能模型代理,实现了HVL-HDL双域结构验证环境的设计。2.研究了SCE-MI协议,基于此协议设计了HVL域与HDL域之间的通信API,主要实现了基于函数的接口,由HVL域一侧的总线功能模型代理调用HDL域一侧总线功能模型中包含时序的任务,通过C封装层完成任务的导入与导出,实现了HVL域与HDL域之间基于无时序事物的数据传输。3.基于Python脚本和Mako模板设计了自动化代码生成系统,通过Yaml格式文件收集待测设计信息,利用Mako模板对标准验证环境代码进行替换与选择,并完成中心化代码系统,实现了一键生成与待测设计相匹配的验证环境。4.将本文设计的验证平台应用到手机基带芯片的测试中,并基于仿真结果对性能优化进行了分析。以BPSS子系统为例,验证平台搭建时间缩短了15个工作日,仿真提速19倍;UPCSS子系统仿真提速17倍,PERSS子系统仿真提速21倍,ModemCu模块仿真提速1.3倍,子系统以上仿真提速明显。本文研究的软硬件协同仿真自动化验证平台,实现了仿真性能提升和验证平台搭建时间缩短的目标,具有较强的实用性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN402;TP311.53
【部分图文】：

验证效率、缩短验证时间、提高验证质量，都是芯片研发中最为关键的环节。在验证环节中，工程师在不同任务上花费的时间比例如图 1.1 所示。图1.1 验证环节不同任务平均花费时间可以看到，在验证环节中，花费时间占据比重最多的依此是：调试、创建和运行测试用例、验证平台搭建、验证计划，分别占据了 36%、23%、22%、15%[3]。本课题将针对如何减少验证平台搭建时哦间与仿真时间两个突破点提出解决方案。如今由于验证的工作量巨大、验证工作较为复杂等问题，在搭建验证平台时首先需要耗费大量的时间精力。再者，目前业界在流片前的绝大部分数字芯片验证工作，都是在传统的软件模拟器（simulator）上进行仿真的。伴随着 SoC 复杂度和晶圆尺寸的不断增大，一般的芯片可达数亿逻辑门[4]。在设计代码和验证平台中，为了实现全面的覆盖率和性能指标

西安电子科技大学硕士学位论文性，仿真耗时短则一天，长则几周甚至上月，严司也尝试从仿真耗时角度来缩短验证周期，一些大平台进行设计部分的仿真加速，也带来了一定成效，自身和设计之间的交互等待本身也耗时巨大，件加速器的大型公司，在系统级上的验证环境因为境[7]，对于已经使用 SV和 UVM 的模块级与子系复用性，较为脱节。如何能使市面上性能良好的硬作，提升芯片验证工作的效率和质量，成为业界最

使得验证平台搭建时间缩短，并且验证平台的质量提升。硬件协同仿真既提供了良好的仿真速度，也具有较好的调试性与员和设计人员都能很好地理解整个系统。好结合软件与硬件，使得两者性能得到充分发挥，也帮助验证硬件一侧的工作。状SoC 芯片验证随着微电子技术的发展，芯片已经进入了系统单片集成（SoC）时含一个或多个微处理器核，与专用集成电路（ASIC）相比，设能实现更加丰富、强大的功能，与之对应的，对验证工作的要求断探索新的验证技术，才能对日益复杂的 SoC 芯片提供更加有效片的顺利上市。一个简单的 SoC 基带芯片基本架构如图 1.3 所
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本文编号：2893842