作者：雷绍充，梁锋，邵志标
摘要：研究构成仿真环境的策略及软硬件协同验证环境的接口实现，介绍了用于功能和性能验证的软件伪随机测试生成方法。该方法对SoC和复杂的板机系统进行可测性设计的优化验证，大大降低测试成本，缩短了系统开发周期。

关键词：验证；仿真；伪随机测试：软硬件协同验证

中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2004)04-0086-04

1 引言

在深亚微米以及复杂百万门级芯片设计的推动下，通过集成各种IP核，系统级芯片(SoC)的功能更加强大，同时也推动着IC设计的自动化和测试技术的发展，但是也带来了一系列的设计和测试的问题。例如来自PC、蜂窝电话和互联网基础设施市场的巨大芯片需求量已迫使制造厂家要求其测试系统提供更大的吞吐量和更好的通用性，在性能和测试效率两方面都能提供一个完整解决方案的测试设备。系统级芯片设计人员也面临着越来越大的压力，需要不断增强其设计和服务的灵活性，更加仔细地验证整个系统[1]。

传统的测试方法例如自动测试图形生成(ATPG)已应付不了测试的需求，因此应该研究探索新的测试方法，及早发现设计上的错误。仿真则成为验证的核心，因为最复杂的问题例如对芯片控制和通信问题只能通过应用仿真之类的技术才能发现，同时仿真可加快软件开发和系统调试的速度。在仿真基础上的硬软件协同验证使我们不仅能改进系统性能，还缩短了设计周期。它可以让软件设计人员在仿真结果上开始设计[2]。仿真的另外的优越性就是可以大大降低对复杂的测试设备的依赖程度，减少测试设备投资的成本[5]。

开发和应用仿真环境已成为SoC设计人员进行设计验证的重要方法。本文旨在研究探索一种高效、成本甚低的VLSI测试验证方法，为复杂的VLSI特别是SoC的可测性设计提供优化和测试验证的基础，为VLSI测试装置的开发和测试实施提供基本方法。

2 仿真环境构造方法

SoC一般包含处理器、数模转换电路、模数转换电路、存储器和数字逻辑电路等部分[4]，仿真应为这些部分的设计提供一个与真实环境相同或相似的验证环境。仿真系统还应通过正确的信息转换和映射模型，使得样机的HDL与芯片HDL一样或只有很少的改动，这样可以在真实状态下测试芯片设计。开发的用户交互系统可实现测试开发平台、EDA工具和ATE之间各种测试生成和分析数据流无缝连接，使之既能实现在线高速测试，又不改变设计，各种算法和故障诊断可实时修改。因此仿真系统的建立应解决好以下几个问题：取代芯片外部接口模型的真实硬件；仿真板的构造；建立验证样机的HDL代码与芯片的HDL代码尽量相同的模型；主处理器的选择：软硬件协同验证环境的建立；用户交互系统的开发。

仿真板一般有三种不同方法可构造。第一种方法是设计一种黑箱系统，它能自动将一大型设计分割到大量FPGA或定制处理器中。这种结构的主要优势在于能处理非常大型的设计，系统的成本很高。第二种方法是将设计分割为多个小块，并用带有FPGA的定制电路板仿真每个小块，具有成本低、运行速度快的优点，但由于FPGA之间是通过硬件互连的，因此FPGA的I／O边界必须保持固定。第三种方案是借助商用的可编程电路板(FPCB)譬如Aptix的MP4板，这种电路板允许插入Aptix FPGA模块，外部设备能直接通过可插入区域或通过电路板边上的I/O连接器连至原型电路板。通过研究分析我们认为用第二种方法构造仿真系统适合我国大部分单位情况。第二种方法定制的仿真板应可垂直插接多个FPGA的器件，人工将设计划分为多个适于单个FPGA实现的模块。每个FPGA器件都需要一个说明如何从数据库中提取必要HDL模块的包装文件。这一包装文件也可同时包括任何所需的接口逻辑，如双向驱动器。FPGA之间的连接在一个顶层仿真文件(一个不带其它逻辑的纯粹网表)中定义。如果在仿真电路板上还包含FPGA之外的其他器件，就必须创建定义这些器件I／O结构的HDL模块。为使仿真卓有成效，仿真前将RTL综合到门级格式中。当门级网表在模拟中通过一些基本功能测试后，网表就转向仿真器。仿真逻辑、模拟阶段运行的逻辑和最终芯片中的逻辑三者在功能上等效。软件流程通过从原始设计数据库中提取逻辑来确保这种等效性。另外，要考虑的接口是主处理器，其选择的原则主要是：可直接贴装到开发板上、有SDRAM接口、多I／O、与主机连接方便而且通信速度较高。当然可以选择商用的DSP软核作为嵌入式处理器，但我们选择的是具有JTAG口的商用DSP器件，这样选择的原因是商用DSP器件有比较成熟的开发工具，与开发板和周边器件的接口比较完善，带来的益处是成本低、易设计升级。硬件构造考虑的最后一个接口是外置存储器接口。SDRAM芯片能以比实时慢的速度运行，也有一些现成转接器可将SDRAM芯片直接装到目标IC板上，这样可以让存储器接口在真正SDRAM芯片上测试控制和刷新方案，而不是用一个模型或构建的一个模块。外部接口工作完成后，还要对一些内部硬件主要是板上总线进行修改，使得包