如何利用軟件作為激勵來加速SoC系統(tǒng)級驗證？

　　硬件/軟件協(xié)同驗證

　　很多硬件和驗證工程師（甚至在某些方面軟件工程師）認為，運行應用程序的任何部分不會加快設計驗證。畢竟，如果針對設備測試驅動程序，并針對驅動程序測試了應用程序，就無需進行進一步驗證。但是這些工程師不會考慮在尚未系統(tǒng)地測試所有軟件的情況下發(fā)布產品，也不會接受在未經系統(tǒng)測試的情況下發(fā)布要去tapeou的硬件設計。系統(tǒng)級協(xié)同驗證測試全部的可選組件，包括硬件、軟件、或兩者的組合，從而揭露在分離情況下不會被發(fā)現(xiàn)的問題。

軟件覆蓋范圍

　　運行軟件提供了一個切合實際的激勵，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(xiàn)有驗證技術一起使用。同時，運行大量的軟件通常不會改善驗證效果。在不犧牲驗證結果的情況下，通過對軟件進行少量修改，能夠縮短較長的代碼操作。例如，在上述顯示設備實例中，向所有位置寫數(shù)據(jù)的診斷程序能夠被縮短為只寫前3行和最后3行。這樣做不會減少覆蓋范圍，卻能使測試速度加快45倍。

　　劃分內存系統(tǒng)

　　將代碼作為設計激勵運行時，無疑會令人增加對設計被全面驗證的總體信心。并且，在大多數(shù)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(zhí)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(zhí)行代碼時產生的電路行為為例，連續(xù)的九條ARM指令會產生15個總線周期。在這15個總線周期中，只有2個和硬件操作有關。剩余的13個只支持代碼的執(zhí)行，不會對測試的設備產生任何影響。當然，基于處理器高速緩存和緩沖區(qū)的設定，并非所有的這些總線周期都能獲得處理器上的外部信號。但是，即使總線周期不通過外部驅動，它們也需要由整個電路的仿真器來處理的時鐘。降低仿真性能的不是總線周期的電路行為，而是設計中附加的時鐘驅動。

　　把處理器的內存系統(tǒng)分割為I/O空間、代碼空間和數(shù)據(jù)空間時，可分隔這些總線周期，只將I/O周期加入到邏輯仿真中。通過過濾邏輯仿真器中的代碼和數(shù)據(jù)周期，他們能夠在不占用仿真時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(zhí)行所有的總線周期和指令，但邏輯仿真只在總線周期處于某一特定范圍內時才會進行。這樣，邏輯仿真只關注專門針對被驗證設備的總線周期。不參與邏輯仿真的分區(qū)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(shù)據(jù)，并提供無限的快速訪問。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“超級高速緩存”中。直接由硬件訪問的內存區(qū)域是不可緩存的，且必須建模為硬件仿真的一部分，以向硬件提供訪問這些內存區(qū)域的權限。

　　增強的性能

　　回到假設顯示模塊，使用AMBA總線周期驅動寄存器輸入和讀取寄存器輸出。結果，診斷和驅動程序代碼的仿真時間減少了10倍以上，小型畫圖程序的仿真時間減少了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行比較，只有當數(shù)值變化時才寫入像素和地址。當軟件的復雜性增加時，性能因素也隨著提高。仿真吞吐量的增加是由于不需要運行與總線周期相關的時鐘。如果軟件完成更大的計算量，性能提高會更大。

　　使用附加的設計模塊

　　這篇文章描述了單個設計模塊激勵的代碼應用程序。因為代碼和數(shù)據(jù)空間的內存沒有被建模為硬件的一部分，因此可以在完成全部設計之前，在一個單獨的設計模塊上運行這種類型的測試。它不需要設計完整的內存子系統(tǒng)并作為仿真的一部分運行。當運行一些模塊級測試時，有必要將附加的硬件組件和I/O數(shù)據(jù)流建模為仿真運行的一部分。使用相同的過濾技術，可以把給定內存區(qū)域的內存處理事務傳送給任意的C函數(shù)。這可以通過建立一個基于地址范圍的回調函數(shù)實現(xiàn)。這樣，沒有建模為HDL的軟件需要的組件能夠用簡單的C函數(shù)替代。同樣，對I/O端口的讀寫可以通過基本的C函數(shù)連接到主機文件和I/O系統(tǒng)。對于包含很多硬件設計的系統(tǒng)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(xiàn)的行為就會更多。

　　結語

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