PCMCIA总线功能模型的建立及桥接器软核的验证

论文摘要

随着集成电路规模和复杂度的急剧增长,验证已成为当前集成电路设计中最困难、最具挑战的课题。验证的工作量和消耗的资源已占集成电路设计总体工作量和耗费资源的80%以上。但目前,验证方法学发展水平仍滞后于集成电路规模的扩张,成为了集成电路产业发展的瓶颈。因此改进验证方法学以提高验证效率就成为了研究的热点。而提高验证效率也是贯穿本文的主线。提升验证的抽象层次是提高验证效率最重要的方法。通过提高抽象层次,可以在验证时将关注的重点放在事物级的传输和操作上。这就使得验证工程师在构建验证平台、编写验证激励和观测仿真结果时,都无需花费大量的时间、精力去处理底层信号间繁杂的时序关系。同时将验证中的操作抽象出来,构建出总线功能模型和验证工具箱可以促进验证元件的可重用性。为了模拟AHB-PC Card桥接器软核的真实工作环境以对其进行验证,本文利用逐层抽象的方法设计出了PC卡的总线功能模型。并在PC卡总线功能模型和AHB Master总线功能模型的基础上,进一步提高抽象级别,构建出了三个层次的验证工具箱。它们使验证人员可以忽略桥接器两侧总线上众多信号复杂的时序,将关注的重点转移到桥的数据传输层面上来。由此简化了验证过程,并使得每条验证用例的激励更复杂,提高了单条验证用例的覆盖率,减少了总体仿真时间。除提升验证的抽象层次外,本次验证还使用了验证自动化方法、用仿真模型提高验证效率的方法,以及以覆盖率为导向添加验证用例来保证验证充分性的方法。本文还深入分析了仿真器处理仿真中并行进程的方式及其产生原因。在此基础上,进一步介绍了本次验证构建验证平台时如何避免仿真器的并行处理方式带来的消极影响。验证过程中所作的这些努力均提高了桥接器的验证效率,缩短了研发周期。本论文用以提高验证效率的方法,同样适用于其他数字集成电路的验证需要。所设计的PC卡总线功能模型和构造的验证工具箱等验证元件具有可重用性,可在其他类似设计的验证中重用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 验证的目的
• 1.2 验证的意义
• 1.3 验证方法学发展概况
• 1.4 验证的术语解释
• 1.5 本论文课题背景
• 1.6 本文主要内容及章节安排
• 第二章 集成电路验证方法学
• 2.1 数字集成电路的设计流程
• 2.2 验证的层次划分
• 2.2.1 系统级验证
• 2.2.2 功能验证
• 2.2.3 门级验证
• 2.2.4 版图验证
• 2.3 验证方法的多样性
• 2.3.1 静态验证
• 2.3.2 动态验证
• 2.4 验证的效率
• 2.4.1 验证抽象层次与验证效率
• 2.4.2 影响动态仿真时间的因素
• 2.4.3 验证自动化与验证效率
• 2.4.4 验证模块的复用与验证效率
• 2.4.5 随机验证与验证效率
• 2.5 覆盖率
• 2.6 此次验证提高验证效率的方法
• 第三章 PC CARD总线分析
• 3.1 PC CARD总线信号分类与说明
• 3.2 PC CARD总线操作概述
• 3.2.1 Common Memory空间的访问
• 3.2.2 Attribute Memory空间的访问
• 3.2.3 I/O空间的访问
• 第四章 PC卡总线功能模型的建立
• 4.1 总线功能模型简介
• 4.2 基于总线功能模型验证的优势
• 4.2.1 总线功能模型的独立性
• 4.2.2 总线功能模型的可复用性
• 4.2.3 总线功能模型对验证效率的贡献
• 4.3 PC卡总线功能模型的设计
• 4.3.1 PC卡总线功能模型的层次结构
• 4.3.2 延时控制子模块
• 4.3.3 信号配置子模块
• 4.3.4 卡参数配置子模块
• 4.3.5 构造总线功能模型唯一的存储单元
• 4.3.6 读写子模块
• 4.3.6.1 读写操作中WAIT#信号的控制
• 4.3.6.2 I/O读操作子模块
• 4.3.6.3 I/O写操作子模块
• 4.3.6.4 Common/Attribute Memory读/写操作子模块
• 4.3.7 PC卡总线功能模型的实现
• 4.3.7.1 避免数据总线的不定态
• 4.3.7.2 避免卡输出控制信号的不定态和高阻态
• 4.4 PC CARD总线监控器
• 4.4.1 操作类型检测和记录
• 4.4.2 信号时序的验证
• 4.5 总线功能模型设计方法小结
• 第五章 AHB－PC CARD桥接器软核
• 5.1 AHB协议原理
• 5.1.1 AHB总线结构
• 5.1.2 AHB总线的信号
• 5.1.2.1 控制信号
• 5.1.2.2 数据传输相关的信号
• 5.1.2.3 总线仲裁相关信号
• 5.1.3 AHB总线的数据传输
• 5.1.3.1 AHB 总线的传输类型和传输方式
• 5.1.3.2 AHB Slave对传输的响应
• 5.2 AHB－PC CARD桥接器在系统中的作用及位置
• 5.3 AHB－PC CARD桥接器的架构
• 5.4 AHB－PC CARD桥的功能分析
• 5.4.1 桥的寄存器空间
• 5.4.2 桥和PC卡在系统中的地址映射
• 5.4.3 卡上空间的寻址方式
• 5.4.4 卡检测与上电过程
• 5.4.5 配置桥及卡
• 5.4.6 系统向桥发起传输
• 5.4.7 卡发起中断的路由
• 5.4.8 卡移除过程
• 第六章 AHB－PC CARD软核的功能验证及其效果分析
• 6.1 验证的流程
• 6.2 验证环境
• 6.2.1 结构化验证平台的优点及其实现
• 6.2.1.1 验证工具箱（Utility Routines）模块
• 6.2.1.2 Test Harness模块
• 6.2.1.3 ARM总线功能模型
• 6.2.1.4 AHB Master总线功能模型
• 6.2.1.5 AHB BUS总线功能模型
• 6.2.1.6 AHB BUS Monitor总线功能模型
• 6.2.1.7 时钟和复位产生模块
• 6.2.1.8 插拔卡总线功能模型
• 6.2.1.9 16-bit PC卡及PC Card总线监控器总线功能模型
• 6.2.1.10 验证激励模块
• 6.2.2 验证工具箱（Utility Routine）的设计
• 6.3 验证用例的设计
• 6.3.1 验证用例的分类
• 6.3.2 验证用例的设计
• 6.3.3 验证用例举例
• 6.3.4 实现验证用例时提高验证效率
• 6.4 动态仿真原理、问题及对策
• 6.4.1 仿真器仿真并行进程的原理及其带来的问题
• 6.4.2 验证中的并行操作及其实现方法
• 6.4.3 避免仿真器被进程独占
• 6.4.4 避免竞争的产生
• 6.4.5 用于仿真控制的Run脚本
• 6.5 用桥寄存器的仿真模型提高验证效率并缩短研发周期
• 6.6 回归验证
• 6.7 验证结果分析
• 6.7.1 Perl脚本在结果分析中的应用
• 6.7.2 对覆盖率的分析
• 6.7.2.1 覆盖率与边界情况的验证
• 6.7.2.2 覆盖率与RTL代码的优化
• 6.7.2.3 最终验证覆盖率
• 6.8 验证性能分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介及研究成果