通用SOC虚拟原型验证平台研究与设计

论文摘要

本设计基于某款SOC芯片的研发和验证项目,针对SOC验证中的IP/模块级验证、系统级验证和验证平台的通用性等核心问题进行了研究。本文详细介绍了SOC芯片的系统架构和协同验证技术,给出了完整的IP/模块级验证平台和虚拟原型验证平台的解决方案。首先,作者通过定义、原理和流程三个方面对SOC虚拟原型验证技术进行了分析,讨论了在实施虚拟原型验证中面临的关键问题。在此基础上,给出了虚拟原型验证平台的实施方案。其次,研究了ARM体系架构中协同验证相关的硬件结构,分析了这些硬件结构在协同验证过程中的应用。对在设计中使用到的片上总线规范和片上资源进行介绍,完成芯片的系统级架构设计并给出了总线地址分配方案。针对SOC虚拟原型验证中的IP验证问题,采用UVM验证方法学,通过UART验证实例给出了完整的通用的IP模块级验证方案及结果分析。最后,对于SOC系统级验证问题,根据实施方案完成了虚拟原型验证平台的设计实现,包括验证组件设计,软件编译环境构建,并在使用Makefile管理自动化管理整个验证流程,缩短了验证的时间和工作,完成了基本的验证实现。本论文的主要创新点包括：使用通用验证方法学（UVM）完成了UART接口以及APB总线验证组件（DUV）的设计,并给出了UART验证环境的实现方案。该实现方案具有很强的通用性,在本设计中实现的两种接口验证组件都是可重用的。对于基于APB总线的IP,在本设计中的APB接口验证组件可以不用修改的应用于其验证环境的设计与搭建中。在IP/模块级验证过程中采用基于覆盖率的验证策略（Coverage-Driven Verification）,同时支持随机的和定向的测试,可以通过改变测试平台的参数或者改变随机种子进行彻底的验证,验证计划具有可扩展性及复用性。在SOC虚拟原型验证仿真过程中采用GNU Tools提供的工程管理工具Make工具软件对软件编译、硬件仿真及整个验证流程进行自动化管理,能够很大程度上节省验证工作中人为的工作时间,提高验证效率,同时由于Make工具是开源工具,使得该验证方法具有很强的通用性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外SOC虚拟原型验证技术发展现状
• 1.3 论文的研究内容及安排
• 第二章 虚拟原型验证技术及验证流程
• 2.1 虚拟原型验证技术
• 2.1.1 虚拟原型验证技术定义
• 2.1.2 虚拟原型验证技术原理
• 2.1.3 虚拟原型验证平台设计流程
• 2.2 虚拟原型验证平台解决方案
• 第三章 SOC芯片的系统架构和硬件协同设计
• 3.1 ARM体系结构与协同验证
• 3.1.1 ARM内核
• 3.1.2 编程模型
• 3.1.3 异常和中断
• 3.1.4 内存规划和字节顺序
• 3.2 AMBA总线规范
• 3.2.1 AMBA APB（Advanced Peripheral Bus）
• 3.2.2 AMBA AHB（Advanced High-performance Bus）
• 3.3 SOC芯片系统架构设计
• 3.4 SOC芯片的片上资源
• 3.4.1 向量中断控制器（VIC）
• 3.4.2 串口控制器（UART）
• 3.4.3 看门狗定时器（WDOG）
• 3.4.4 实时时钟（Real-Time Clock RTC）
• 3.4.5 DMA控制器
• 3.4.6 通用输入/输出接口（GPIO）
• 3.5 SOC芯片的地址分配
• 第四章 IP/模块级仿真验证
• 4.1 UVM简介
• 4.1.1 基于覆盖率的验证（Coverage-Driven Verification）
• 4.1.2 测试平台和环境
• 4.1.3 UVM验证组件
• 4.1.4 UVM类库
• 4.2 基于UVM的IP/模块的验证
• 4.2.1 UART DUV（Design Under Verification）
• 4.2.2 UART验证计划及UVM验证环境设计
• 4.2.3 APB UVC设计
• 4.2.4 UART UVC设计
• 4.2.5 UART控制UVC与计分板
• 4.2.6 测试序列库
• 4.2.7 UART验证环境整合
• 4.2.8 覆盖率收敛及结果分析
• 第五章 虚拟原型验证自动化验证平台搭建
• 5.1 虚拟原型验证平台设计
• 5.1.1 虚拟原型验证平台结构框架
• 5.1.2 虚拟原型验证流程
• 5.2 虚拟原型平台验证组件设计
• 5.2.1 处理器模型
• 5.2.2 存储器模型
• 5.2.3 显示组件
• 5.2.4 测试环境触发组件
• 5.3 软件编译仿真环境构建
• 5.3.1 GNU Tools简介
• 5.3.2 软件环境设计
• 5.3.3 启动代码及初始配置
• 5.3.4 Makefile流程管理
• 5.4 验证工程文件结构划分
• 5.5 虚拟原型验证程序及结果分析
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表