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验证嵌入式芯片的设计

Brian Davis?? PLX Technology?? 2008年03月01日 ?? 收藏0

  许多半导体制造商都在向板卡和系统设计师提供新一代的设备仿真模型,既有Verilog模型,也有VHDL模型。采用这类模型的仿真设计可使设计师具备以下能力:

  * 调试和验证系统功能
  * 测量系统性能
  * 发现和解决半导体供应商可能忽略的问题

  一般情况下,这些仿真模型采用Verilog或VHDL形式的寄存器传输逻辑(RTL)代码编写,而且是基于周期的,即它们可以像RTL一样工作而没有时延。正确建立的模型可以准确地表征硅片器件。

图1PLX的工程师创建了一个可安装到Verilog仿真测试环境中的Verilog激励捕捉模块


  不是所有芯片厂商都为自己的芯片提供仿真模型,而那些提供模型的厂商也不一定为所有芯片提供模型。此外,有些芯片厂商可能有某个芯片的模型,但只提供给其重要客户。

  即使在有Verilog或VHDL仿真模型的情况下,有时也很难拿到它。在芯片厂商的网站进行搜索有可能找不到任何与模型有关的信息,关于订购的信息更是难如人意。不过,天道酬勤,如果向知名厂商索要,一般他们会提供所需的仿真模型。

  RTL和操作系统

  EDA厂商,如Cadence、Mentor Graphics和Synopsys都提供软件工具,可以将某个器件的RTL编译为加密的Verilog或VHDL仿真模块。通过对RTL代码的加密,ASIC厂商可以在保护其知识产权的同时使系统设计师能对设计进行仿真。如果这些“黑匣子”加密模块(仿真模型) 与兼容的仿真器一起使用,就会表现出与RTL完全一样的行为。

图2捕捉激励仿真测试环境包括一个被测交换器件实例以及调用和运行捕捉到的激励Verilog代码


  根据所用RTL编译工具的不同,模型有可能会,也可能不会因操作系统平台(如Linux、Windows NT或Solaris)而异。此外,模型有可能会,也可能不会因仿真器(如VSIM、VCS或Verilog-XL)而异。

  例如,我们在PLX Technology使用的PCI交换机和网桥模型编译工具用来将RTL编译为某个操作系统(OS)的可执行文件,该文件采用工业标准的SWIFT接口,以实现仿真器的独立性。所提供的安装程序中带有将模型安装到设计师所用OS平台的文件。

  由于仿真器、OS C-shell配置和设计师所用模型种类繁多,互操作性会成为一个问题。例如,用较老版本Linux编译的模型在较新的商用OS版本下可能会不兼容。通过与EDA和芯片厂商的合作,这些问题可以得到解决。

  只要某个Verilog或VHDL仿真测试环境能够工作,就可以测量系统性能并按需要对其进行调整。除了要保证该系统能按需工作外,还可以发现使系统无法运行的错误,并找到解决这类问题的方法。

  许多ASIC芯片里都有错误,如没有通过PCI-SIG一致性测试。这些错误可能会对系统有影响。设计师可以获取该ASIC厂商的最新勘误表,以避免出现这些问题。仿真也可能会暴露一些没有披露但很严重的问题。在与知名芯片厂商合作时,未披露的问题很少见。但是,如果发现确实有这样的问题并找到了解决该问题的办法,那么产品就会获得一定的竞争优势。

  突破PCI Express障碍

  在观察PCI总线仿真时,要解读各种操作并弄清总线上发生了什么相对比较容易。但PCI Express就不是这样,PCI Express为串行,它支持通道极性转换(lane polarity inversion)和通道反向(lane reversal),还可能包括数量可变的串行通道(x1、x2、x4、x8、x12、 x16、x24或x32)。PCI Express的字节采用10位编码,字节可能会被弄乱,并分配到(byte-striped)各个可用通道。此外,PCI Express可利用编码包来传输数据。

  由于上述原因,在PCI Express链路上出现问题时,不能依靠波形来表达芯片状态。即使有仿真监视器和总线跟踪代码记录链路活动,要重现设计师模型的仿真问题都极为困难。

  通过监测信号或引脚在引脚水平捕捉激励,并将信号的变化写入文件并非什么新方法。如果引脚或总线为双向(即总线可以被多个器件驱动,或是进入高阻抗状态),创建这种文件的复杂性就会显著增加。幸运的是,在编写代码创建PCI Express交换机仿真捕捉模块时,PCI Express链路的引脚可以被视为不是输入就是输出。

  在PLX,我们创建了一个Verilog激励捕捉模块,它可安装在一个Verilog仿真测试环境中(图1)。由于该捕捉模块采用相同的信号I/O作为芯片仿真模型,设计师只需在仿真测试环境中复制、粘贴和修改模型实例名(例如,将pex8532改为pex8532_cap)就可以了。在向RTL运行列表加入捕捉模块文件名(pex8532_cap.v)后,设计师就可以激励文件的形式来捕捉PCI Express交换机的仿真数据了。

  捕捉激励仿真测试环境包括待测交换器件的一个实例和调用及捕捉激励的Verilog代码(图2)。在设计师对该捕捉激励仿真进行验证后,就可以将此仿真激励文件提交给芯片厂商进行分析。然后,厂商使用RTL代替模型运行该仿真激励以观察内部逻辑节点并对仿真进行分析。


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嵌入式芯片? 仿真? RTL? 操作系统?

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