使用軟件作為激勵以加速系統級驗證的方法

軟件覆蓋范圍

運行軟件提供了一個(gè)切合實(shí)際的激勵，但它不可能為驗證空間提供足夠寬的覆蓋范圍。軟件通常是一遍一遍地重復只具有些微差別的相似操作。因此，這種方法應當結合其它現有驗證技術(shù)一起使用。同時(shí)，運行大量的軟件通常不會(huì )改善驗證效果。在不犧牲驗證結果的情況下，通過(guò)對軟件進(jìn)行少量修改，能夠縮短較長(cháng)的代碼操作。例如，在上述顯示設備實(shí)例中，向所有位置寫(xiě)數據的診斷程序能夠被縮短為只寫(xiě)前3行和最后3行。這樣做不會(huì )減少覆蓋范圍，卻能使測試速度加快45倍。

劃分內存系統

將代碼作為設計激勵運行時(shí)，無(wú)疑會(huì )令人增加對設計被全面驗證的總體信心。并且，在大多數情況下，它能暴露其它驗證方法遺漏的設計缺陷。但是，在邏輯仿真中運行代碼是非常慢的。邏輯仿真器通常以10Hz到100Hz的速度執行操作。在這樣的性能水平條件下，只有少量的代碼能夠運行。

以執行代碼時(shí)產(chǎn)生的電路行為為例，連續的九條ARM指令會(huì )產(chǎn)生15個(gè)總線(xiàn)周期。在這15個(gè)總線(xiàn)周期中，只有2個(gè)和硬件操作有關(guān)。剩余的13個(gè)只支持代碼的執行，不會(huì )對測試的設備產(chǎn)生任何影響。當然，基于處理器高速緩存和緩沖區的設定，并非所有的這些總線(xiàn)周期都能獲得處理器上的外部信號。但是，即使總線(xiàn)周期不通過(guò)外部驅動(dòng)，它們也需要由整個(gè)電路的仿真器來(lái)處理的時(shí)鐘。降低仿真性能的不是總線(xiàn)周期的電路行為，而是設計中附加的時(shí)鐘驅動(dòng)。

把處理器的內存系統分割為I/O空間、代碼空間和數據空間時(shí)，可分隔這些總線(xiàn)周期，只將I/O周期加入到邏輯仿真中。通過(guò)過(guò)濾邏輯仿真器中的代碼和數據周期，他們能夠在不占用仿真時(shí)間的情況下得到處理。這使得仿真速度加快。盡管全功能處理器模型執行所有的總線(xiàn)周期和指令，但邏輯仿真只在總線(xiàn)周期處于某一特定范圍內時(shí)才會(huì )進(jìn)行。這樣，邏輯仿真只關(guān)注專(zhuān)門(mén)針對被驗證設備的總線(xiàn)周期。不參與邏輯仿真的分區內存可以描述為已被軟件圖像預先初始化的“超級高速緩存”。這種“超級高速緩存”足夠大，能容納全部的軟件圖像和所有數據，并提供無(wú)限的快速訪(fǎng)問(wèn)。能夠放置在普通高速緩存中而不影響設計操作的內存，都可以安全地放置在這個(gè)“超級高速緩存”中。直接由硬件訪(fǎng)問(wèn)的內存區域是不可緩存的，且必須建模為硬件仿真的一部分，以向硬件提供訪(fǎng)問(wèn)這些內存區域的權限。

增強的性能

回到假設顯示模塊，使用AMBA總線(xiàn)周期驅動(dòng)寄存器輸入和讀取寄存器輸出。結果，診斷和驅動(dòng)程序代碼的仿真時(shí)間減少了10倍以上，小型畫(huà)圖程序的仿真時(shí)間減少了30倍。程序所作的計算不只是將像素復制到屏幕上。它將像素和以前的圖像進(jìn)行比較，只有當數值變化時(shí)才寫(xiě)入像素和地址。當軟件的復雜性增加時(shí)，性能因素也隨著(zhù)提高。仿真吞吐量的增加是由于不需要運行與總線(xiàn)周期相關(guān)的時(shí)鐘。如果軟件完成更大的計算量，性能提高會(huì )更大。

使用附加的設計模塊

這篇文章描述了單個(gè)設計模塊激勵的代碼應用程序。因為代碼和數據空間的內存沒(méi)有被建模為硬件的一部分，因此可以在完成全部設計之前，在一個(gè)單獨的設計模塊上運行這種類(lèi)型的測試。它不需要設計完整的內存子系統并作為仿真的一部分運行。當運行一些模塊級測試時(shí)，有必要將附加的硬件組件和I/O數據流建模為仿真運行的一部分。使用相同的過(guò)濾技術(shù)，可以把給定內存區域的內存處理事務(wù)傳送給任意的C函數。這可以通過(guò)建立一個(gè)基于地址范圍的回調函數實(shí)現。這樣，沒(méi)有建模為HDL的軟件需要的組件能夠用簡(jiǎn)單的C函數替代。同樣，對I/O端口的讀寫(xiě)可以通過(guò)基本的C函數連接到主機文件和I/O系統。對于包含很多硬件設計的系統級仿真，也可以使用相同的方法。對于這種情況，硬件模塊被替代的越少，在邏輯仿真器中出現的行為就會(huì )更多。

結語(yǔ)

本文介紹了一種使用軟件作為激勵以加速系統級驗證的方法。使用的激勵是切合實(shí)際的，并易于快速創(chuàng )建。對設計執行此激勵可及早揭露問(wèn)題，否則，這些問(wèn)題可能要等到創(chuàng )建虛擬原型后才會(huì )被發(fā)現。提高性能的關(guān)鍵在于過(guò)濾出與硬件操作無(wú)關(guān)的代碼和數據引用，并在分區內存存儲中處理。這種方法能使驗證工程師解決日益增長(cháng)的功能驗證挑戰。Questa驗證平臺可以自動(dòng)把固件輸入到測試平臺，加速取指令操作與內存引用執行，并提供源代碼級的調試環(huán)境。