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基于功能信息的验证工程学及若干验证技术研究

作　者: 张多利
导　师: 高明伦
学　校: 合肥工业大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 功能验证 功能信息 验证工程学 过程模型 指令模板 激励生成 监视器 属性断言 验证模型 倍频器
分类号: TN402
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


随着集成电路设计规模的不断增长和设计复杂度的不断提高,基于重用的设计方法成为主流的设计方法,功能验证成为制约设计效率提升的瓶颈。问题的解决不但需要在技术方法上取得突破,还依赖于对整个功能验证领域内的所有资源的有效组织和运用,以功能验证为中心目标,研究验证工程学是集成电路设计深入发展的必然要求。由于工程学是一门博大精深的学科,本文只重点研究了基于功能信息的验证工程学(FIVE)的体系和过程,并在FIVE的指导下,研究了若干验证支持技术。 本文主要基于以下科研项目撰写:(1)国家自然科学基金资助项目“基于平台的SoC设计方法及其关键技术研究”(项目编号:60373076);(2)国家教育部项目“SOC软硬件集成协同设计和验证优化理论和方法研究”(项目编号:教技司[2001]215)。论文的主要工作和取得的成果如下: 1.介绍了功能验证的基本方法和当前研究的进展情况,在此基础上,总结了功能验证方法的发展方向原则——形式化原则和抽象化原则,并从理论上论证了发展方向原则的合理性与正确性。 提出了功能信息的概念;提出了功能验证的工程学问题,论证了工程学思想和功能信息对于功能验证的意义。在此基础上,以功能信息为核心线索,以工程学思想为指导,提出并研究了基于功能信息的验证工程学,目标是通过整合已有的验证技术和方法来提供一个通用的验证解决方案。 提出了基于功能信息的验证工程学过程模型(FIVE模型),并对过程模型中的一些具体内容进行了讨论,包括功能信息的生成、应用,以及工程学中的理论研究、工具方法支持、标准化等问题。最后,给出了现有验证方法学向基于功能信息的验证工程学过渡的演化模型。 2.以FIVE为指导,研究了基于指令模板的测试激励自动生成方法。提出了指令模板综合方法,使指令模板描述和指令模板实现完全分离,这使得模板描述可以用一种规范化的方法进行,从而降低了描述的复杂度,增加了指令模板描述作为功能信息的可重用性。 从指令集的编码结构入手,提出了指令模板的分层描述方法。指令模板描述分为格式层、内容层和属性约束层。如果将指令集看作一个系统,则三个层次分别对应系统的结构、要素和关系,从而较好地实现了问题的正交化分解,简化了指令模板的描述复杂度,提高了描述方法的易用性。其中模板内容描述中的各参量相互独立,提高了模板内容描述的可扩充性,便于用户在模板的简洁规范性和模板的详尽性之间根据具体验证要求进行权衡。模板描述查错工具进一步提高了指令模板描述的效率,符合FIVE中降低功能信息的生成成本的要求。 研究了基于指令模板的测试程序生成方法。提出了基于令牌交换的分支交叉方法,解决了测试程序生成中的分支控制问题,使得分支指令可以‘安全’地出现在随机测试程序中,不会因为引起死循环而降低测试程序的验证效率。采用自私基因算法优化随机测试程序生成中不同类别指令的比例使之达到效率最高。在测试程序优化方法的研究中,提出了C模型

全文目录


第一章 绪论  20-30
  1．1 快速发展的微电子技术  20-21
  1．2 集成电路设计与功能验证  21-22
  1．3 集成电路功能验证面临的挑战  22-25
    1．3．1 模拟激励生成  23-24
    1．3．2 模拟验证结果检验  24
    1．3．3 模拟验证效果分析  24-25
    1．3．4 模拟验证环境建模  25
  1．4 工程学指导下的集成电路功能验证  25-27
  1．5 本文的课题来源  27
  1．6 本文的主要研究内容  27-30
第二章 功能验证方法及研究进展综述  30-50
  2．1 引言  30
  2．2 验证方法概述  30-36
    2．2．1 验证的分类方法  31
    2．2．2 基于模拟的验证方法  31-35
      2．2．2．1 基于事件的模拟  33
      2．2．2．2 基于周期的模拟  33
      2．2．2．3 确定性模拟方法  33-34
      2．2．2．4 随机模拟方法  34
      2．2．2．5 软硬件协同验证方法  34
      2．2．2．6 硬件加速  34
      2．2．2．7 硬件仿真  34
      2．2．2．8 快速原型验证  34-35
      2．2．2．9 模拟/混合验证方法  35
      2．2．2．10 基于事务的模拟方法  35
    2．2．3 形式化验证方法  35-36
      2．2．3．1 定理证明  35-36
      2．2．3．2 模型检验  36
      2．2．3．3 等价性检验  36
  2．3 功能验证方法的研究进展  36-49
    2．3．1 功能验证新技术  37-45
      2．3．1．1 半形式化验证方法研究进展  37-38
      2．3．1．2 基于覆盖率反馈的模拟激励生成方法研究进展  38-39
      2．3．1．3 模拟验证结果检查方法研究的进展  39-41
      2．3．1．4 覆盖率度量方法的研究进展  41-44
      2．3．1．5 模拟验证方法的其它进展  44-45
    2．3．2 功能验证方法学的新进展  45-49
      2．3．2．1 基于功能虚拟原型的统一验证方法学  45-47
      2．3．2．2 DFV验证方法学  47
      2．3．2．3 基于规范的验证方法学  47-48
      2．3．2．4 基于断言的验证方法学  48-49
      2．3．2．5 其它验证方法学  49
  2．4 结束语  49-50
第三章 基于功能信息的验证工程学研究  50-84
  3．1 引言  50-51
  3．2 验证方法的发展方向原则  51-58
    3．2．1 抽象化原则  51-53
    3．2．2 形式化原则  53-58
      3．2．2．1 从功能验证的目的根源考虑  53-55
      3．2．2．2 从验证技术方法的角度考虑  55-58
  3．3 基于功能信息的验证工程学的理论基础  58-69
    3．3．1 工程学思想的重要性  59-62
      3．3．1．1 软件危机和软件工程的借鉴  59-60
      3．3．1．2 集成电路的功能验证需要工程学思想  60-62
    3．3．2 功能信息的意义  62-69
      3．3．2．1 功能信息的作用分析  62-66
      3．3．2．2 功能信息的实例应用  66-69
    3．3．3 结论  69
  3．4 基于功能信息的验证工程学  69-83
    3．4．1 功能信息的定义  69-70
    3．4．2 验证工程学的基本内容  70-71
    3．4．3 基于功能信息的验证工程学的过程模型  71-81
      3．4．3．1 设计实现——功能信息的生成  73-75
      3．4．3．2 功能验证——功能信息的应用  75-77
        3．4．3．2．1 SoC功能验证中的功能信息引入流程  76
        3．4．3．2．2 IP模块功能验证的功能信息引入流程  76-77
      3．4．3．3 理论支持——形式化和标准化方法  77-80
        3．4．3．3．1 形式化理论研究  78
        3．4．3．3．2 标准制定  78-80
      3．4．3．4 技术方法支持——基于功能信息的验证技术  80-81
    3．4．4 基于功能信息验证工程学的过渡演化模型  81-83
      3．4．4．1 基于功能信息的验证工程学的演化模型  81-82
      3．4．4．2 个体机构引入基于功能信息的验证工程学的方法  82-83
  3．5 结束语  83-84
第四章 基于指令模板的测试程序自动生成方法研究  84-132
  4．1 引言  84-87
    4．1．1 基于指令模板的验证激励自动生成方法概述  85-87
  4．2 指令模板的规范化设计方法研究  87-109
    4．2．1 指令模板的分层描述方法研究  88-99
      4．2．1．1 格式层描述  89-91
        4．2．1．1．1 基于指令编码的结构解析  89-90
        4．2．1．1．2 格式层模板描述  90-91
      4．2．1．2 指令模板内容层  91-95
        4．2．1．2．1 指令模板的单元内容约定  91-92
        4．2．1．2．2 指令模板单元内容描述  92-95
      4．2．1．3 模板约束层  95-99
        4 2 1．3．1“互联”(linkage)的描述  95-97
        4．2．1．3．2 “约束”(constraint)的描述  97-99
    4．2．2 模板综合方法研究  99-105
      4．2．2．1 数据结构的建立  99-101
      4．2．2．2 模板综合算法  101-105
        4．2．2．2．1 单元链接建立算法  102-103
        4．2．2．2．2 参数传播算法  103-104
        4．2．2．2．3 约束链接的建立算法  104-105
    4．2．3 基于分层模板的指令生成的基本方法  105-107
    4．2．4 指令模板检验方法  107-109
      4．2．4．1 静态检查方法  107-108
      4．2．4．2 动态验证方法  108-109
  4．3 基于指令模板的测试程序生成方法  109-123
    4．3．1 指令生成过程的遍历  109
    4．3．2 指令生成过程的异常控制方法研究  109-118
      4．3．2．1 已有相关研究方法参考  110-111
      4．3．2．2 分支交叉方法  111-118
        4．3．2．2．1 采用分支交叉方法的测试程序结构  111-112
        4．3．2．2．2 分支交叉跳转条件的分析  112-114
        4．3．2．2．3 分支交叉跳转条件的设定  114-116
        4．3．2．2．4 包含分支交叉控制的测试程序生成  116-118
    4．3．3 测试程序优化  118-123
      4．3．3．1 相关研究工作  118-119
      4．3．3．2 基于自私基因算法优化模板访问过程  119-123
        4．3．3．2．1 自私基因算法简介  119-120
        4．3．3．2．2 优化过程  120-123
  4．4 基于模板的指令生成系统(TIGS)  123-124
  4．5 验证实例  124-129
    4．5．1 MIPS处理器指令系统介绍  124-127
    4．5．2 MIPS I指令模板描述  127-128
      4．5．2．1 格式层描述  127-128
      4．5．2．2 MIPS I指令模板内容层描述  128
      4．5．2．3 MIPS I指令模板约束层描述  128
    4．5．3 基于 TIGS的实例运行及结果讨论  128-129
  4．6 结束语  129-132
第五章 基于断言的监视器模块自动生成方法研究  132-152
  5．1 引言  132-133
  5．2 相关研究介绍  133-134
  5．3 基于断言的设计属性描述  134-141
    5．3．1 用时态逻辑语言描述设计属性  134-137
    5．3．2 基于简单断言的属性描述方法  137
    5．3．3 属性规范语言  137-140
      5．3．3．1 属性规范语言的组织结构  138-139
      5．3．3．2 属性规范语言的词法结构  139-140
    5．3．4 基于 Stanford简单断言和 PSL属性语言的监视器断言子集定义  140-141
  5．4 监视器模块生成方法  141-150
    5．4．1 将监视器属性描述转换为事件序列  142-144
    5．4．2 基于事件序列的监视器模块生成  144-149
      5．4．2．1 采用同步延迟的事件序列识别方法  145-146
      5．4．2．2 基于有限状态机(FSM)的事件序列识别方法  146-149
      5．4．2．3 反馈方式的确定  149
    5．4．3 自动生成方法实现  149-150
  5．5 总结与分析  150-152
第六章 验证环境建模技术研究  152-176
  6．1 引言  152-153
  6．2 PLL行为模型实现  153-155
  6．3 倍频电路验证模型的数字实现技术研究  155-175
    6．3．1 相关研究介绍  155-156
    6．3．2 ADPLL的设计方法  156-164
      6．3．2．1 数字鉴相器模块设计  156-158
      6．3．2．2 数字环路滤波模块设计  158-159
      6．3．2．3 数控振荡器模块设计  159
      6．3．2．4 分频器模块设计  159-164
        6．3．2．4．1 可配置非幂方分频器的分频原理  159-160
        6．3．2．4．2 可配置非幂方分频器的分频算法  160-161
        6．3．2．4．3 可配置非幂方分频器的Verilog-HDL实现  161-163
        6．3．2．4．4 可配置非幂方分频器的配置方法  163-164
        6．3．2．4．5 与传统设计方法的性能比较  164
    6．3．3 用于倍频验证模型的ADPLL参数分析  164-167
      6．3．3．1 ADPLL参数举例分析一  165
      6．3．3．2 ADPLL参数举例分析二  165-167
    6．3．4 一种新的倍频电路验证建模方法  167-175
      6．3．4．1 时钟倍频基本原理分析  167-168
      6．3．4．2 周期分割的倍频验证模型设计  168-170
        6．3．4．2．1 系统结构设计  168-169
        6．3．4．2．2 误差补偿方法  169-170
      6．3．4．3 引入ADPLL思想完善倍频验证模型  170-171
      6．3．4．4 倍频电路验证模型的HDL编码实现  171-174
      6．3．4．5 误差分析及参数分析  174-175
  6．4 结束语  175-176
第七章 总结与展望  176-178
  7．1 总结  176-177
  7．2 展望  177-178
参考文献  178-184
攻读博士学位期间发表的论文  184

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 设计
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