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首次流片成功取决于整个系统硬件和相关软件的验证，有些公司提供的快速原型生成平台具有许多调试功能，但这些平台的价格非常高，因此最流行的做法是 根据DUT和具体应用设计复合FPGA板，验证这些板的原理图通常是很麻烦的，本文提出一种利用FPGA实现原型板原理图验证的新方法。 由于价格竞争越来越激烈，首次流片成功或只需少量的修改变得越来越重要。为了达到这一目标，对整个系统(即硬件和相关软件)的验证成为重中之重。业 界也涌现了许多策略来帮助设计师完成RTL上的软件运行。这些策略提供了在最终硬件还在酝酿之时就开发软件的一种途径。这种措施也许还不够，原因还有两 个：一是仿真系统可能与实际系统有较大的区别，二是系统运行速度非常慢。因此可以考虑先将完整的设计映射到FPGA中，再运行目标应用程序。这样做可能达 不到最终硅片的常规指标，但可以测试整个硬件的功能，系统能够得到全面的验证，其中一些测试案例可能是在仿真中根本无法完成的。另外，可用于演示的完整系 统原型在硅片成功之前就可以很好地引起客户的兴趣。 有些公司提供的快速原型生成平台具有许多调试功能。这些电路板平台具有可编程的互连，可以将FPGA插接在上面，并将DUT(被测设计)映射进这些 FPGA中。但这些平台的价格非常高。因此最流行的做法还是根据DUT和具体应用设计复合FPGA板。当然，这些板同样也能用于测试目标应用中的最终硅 片。 验证这些板的原理图通常是很麻烦的，因为原理图中一些小错误会严重影响到设计进度。原理图验证工作是人工完成的，因此错误也就在所难免。如果能够复 用DUT 验证环境验证电路板原理图，那么原理图验证就可以派上用场了。本文将讨论如何通过编写少量脚本和修改DUT验证环境达到这一目的。 方法简介 基本想法是设法对原理图进行仿真。这了做到这一点，先将原理图网表转换成Verilog网表。电路板上安装的不同元件(如FPGA、处理器、PCI 卡、 SDRAM等)要么用RTL代替，要么用RTL验证过程中使用的行为模型替代。值得注意的是，我们已假设整个设计的Verilog/VHDL代码是现成 的。至于电路板上需要用于测试DUT的处理器、SDRAM、PCI器件等其它元件，也假设已经存在相应的BFM(总线功能模型)/模型。由于这一阶段是在 功能验证之后，而这些元件需要用来测试DUT，并模拟整个系统，因此它们的等效行为模型应该在功能验证中已经得到使用，现在只是重复使用罢了，即经过少许 的努力就能使用相同的环境和测试案例。 上述概念经过拓展就可以验证硅片生成板的原理图，基本的假设是设计团队拥有硅片的 HDL描述。这才是要点所在。对于FPGA板，可以通过某种变通的方法配置FPGA引脚来克服由于原理图中的错误连接导致的问题，即设计师可以管理并解决 这些错误。但对于准备用来测试最终硅片的板子来说几乎是不可能的。 生成Verilog网表 可以用好几种原理图输入工具生成Verilog网表。基于以下几种限制原因，这种网表实际上是不能使用的： 1．它将板上的每个元件都看作是一个模块，因此生成的Verilog文件中包含所有元件的实例，如FPGA、电容、上拉电阻或晶振，而不管这些元件能否在Verilog中建模。其中有些元件(如串接电阻、去耦电容)可以简单地从网表中删除。 2. 原理图中的总线通常被连接到符号上的一个个引脚，而在Verilog模块中总线可能只有一个端口。因此可能没有一对一的对应关系。例如在Verilog模 块中一个四位输出地址总线将被声明为：output [3:0] Address;但原理图中所有这四个引脚是被独立声明的。这样会导致原理图中使用的符号的引脚输出与Verilog模块中相应符号的可用功能不兼容。 因此，设计师需要编写一个简单的脚本，要么修改这个Verilog网表，要么根据原理图输入工具支持的其它格式创建一个新的网表。目的是删除电阻、电容、电感等模拟元件，或用等效的Verilog代码替换它们。 为了更好地实现这一目的，可以利用对模拟元件的命名惯例，或将它们定义在一个文件中作为脚本的输入。例如，电阻可以被命名为R1、R23等，不遵循这个命名惯例的元件可以被定义在约束文件中，这样脚本就可以将它们关联到等效模型，或假定短路将它们从网表中去除。 一般来说，针对电路板上的不同元件可以采用以下一些惯例： 1． 元件的大多数电源引脚可以被忽略。 2． 通常电容都是用作去耦的，可以被简单的忽略掉，因为这样做并不会影响即将被仿真的其它数字元件之间的互连关系。 3． 电感也可以忽略，在仿真时用短路代替。 4． 电阻可以用Verilog的上拉/下拉或简单的线按需要替换。 5． 晶振可以用Verilog库中提供的时钟模块替换。 可以在约束文件中定义某些特殊情况，并作为脚本的输入。可以为Verilog模块编写Wrappers以克服总线声明问题。这种顶层Verilog网表可以代替DUT功能验证中早已使用的顶层Verilog文件，并用于验证环境中。 FPGA原型板网表的仿真 至此顶层Verilog文件中包含了原型板上除工具删除的元件外的所有元件。设计师可以复用DUT功能验证使用的已有仿真环境。这种方法的优点在于，可以复用相同的测试向量和验证环境验证原理图。 任何验证环境的基本原理都是一样的，即为DUT提供某种形式的测试向量，然后对测试结果与期望值进行比较。根据设计的复杂性有多种达成的方式。通过 下面这个非常简单的例子就很好理解了。例子是一个基于x86处理器的SOC。为了简单起见，我们只考虑图1所示SOC中的少量重要元件。DUT由x86处 理器、主桥(Host Bridge)、SDRAM控制器和PCI桥组成。在验证环境中，为了提高仿真速度，可以把x86处理器看作是一个BFM，同时提供某种PCI从模型。简 单地说，x86 BFM具有某种形式的读/写命令，能产生总线周期，因此设计可以运行起来。
图1：DUT由x86处理器、主桥(Host Bridge)、SDRAM控制器和PCI桥组成。如图2所示，主桥和SDRAM控制器被映射进FPGA1，PCI桥被映射时FPGA2。由脚本产生的顶层Verilog文件包含如图2所示的所有元 件。至此就可以在验证环境中方便地使用这个顶层Verilog文件，并附于相同的验证测试向量。要注意的是还需要为各个Verilog模块创建 wrapper以匹配元件的引脚。对于SDRAM和PCI槽道来说，可以使用与RTL验证环境中使用的相同模型(即SDRAM模型和PCI主/从模型)。 参考图3，将 FPGA1作为案例进行说明。
图2：包含x86处理器芯片、2个FPGA、SDRAM和1个PCI槽道的原型板。
图3：Verilog模块创建wrapper以匹配元件的引脚。 由于只对环境作了少量修改，如在编译列表中增加很少的Verilog文件(wrapper模型)，用新创建的文件替换顶层文件，因此可以对原理图列 表实施验证。这些事情可以通过简单的perl或shell脚本实现自动处理，整个任务将减少到仅指定一些特殊选项，同时从命令行运行仿真。 如果有任何错误的连接，或某些连接被遗忘，那么仿真结果就会有相应的提示。这种方法可以实现对与模拟元件的连接的部分测试，因为这部分元件有的从网表中删除了，有的被等效行为模型所代替。然而，有些错误还是可以被检出的。 硅片生成板网表的仿真 上述方法同样可以用来仿真设计用于测试最终硅片的电路板的网表。这种方法更适用于对这些板的验证，因为正常情况下制造出来的许多板其芯片的并行测试 都是可以完成的。此外，通过某种途径配置FPGA引脚可以消除基于FPGA的板上的错误。下面继续以上文的例子说明如何将同一概念应用到硅片生成板上。 如图1所示，硅片等效于DUT。根据相同的流程创建一个Verilog网表，这个网表将DUT看作是板上的一个芯片和其它外围设备。这是在验证环境 中必须使用的顶层文件。现在我们已经有了DUT的完整Verilog描述，因此只需要创建图4所示的Verilog wrapper，让引脚输出与电路板上的芯片相匹配。 综上所述，这个网表是可以利用以前使用的同一测试向量进行操作的。 本文小结 这种方法已经过测试，目前正用于原理图的验证。该方法为原理图验证增加了新的方案。原型/生成板的原理图的验证和错误检测可以在极易产生严重问题并 影响设计周期的早期阶段进行。另外，验证无需额外的开销，因为这种方法基于的是业界常说的‘复用’原理，在本案例中复用的是测试向量和验证环境。 | 
发表于 2014-1-3 10:29:42
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