使用AXI VIP的几个关键步骤及常见功能

AXI总线在FPGA设计中使用越来越频繁，但初学的同学经常会因为对协议的理解不够深入，写出来的代码经常会出现死锁等问题，对FPGA设计与调试带来很多不必要的麻烦。为了解决这个问题，我们可以使用Vivado生成AXI VIP（AXI Verification IP）来对自己设计的AXI接口模块进行全方位的验证（如使用VIP的Master、Passthrough、Slave三种模式对自己写的AXI接口进行仿真验证），提前规避和发现一些不满足AXI总线规范的设计问题。本文就跟大家分享如何使用Xilinx AXI VIP对自己的设计搭建仿真验证环境的方法。

本文参考的Xilinx官方文档为：pg267-axi-vip.pdf。

01使用AXI VIP的几个关键步骤

1.1、从IP Catalog中选择并添加一个VIP，在这一步可以自定义该VIP的Component Name（新建完成后就很难再改名字了）。

IP添加完成就可以在tb中实例化。

1.2、在sv格式的tb中加入下面两条import语句，第一个import是固定不变的，axi_vip对应axi_vip_pkg，axi-stream vip对应axi4stream_vip_pkg。

第二个import是导入刚才例化的vip的pkg，格式为import {Component Name}_pkg::*; 比如Component Name为axi_vip_0，则import如下图第二行。

vivado自带的编辑器会提示找不到import的这些pkg，但不会影响仿真。

1.3、 在tb中声明相关的agent，使用vip的agent和它支持的一些函数就能实现仿真的功能。AXI vip支持的agent类型如下：

（AXI Verification IP v1.1 第47页）

如果测试一个AXI Master接口，可以声明一个自带memory model的slave agent，结尾为mem_t：

这种自带memory model的slave可以在执行start();之后自动生成AXI Slave时序，支持数据的写入和读出，也支持对memory内容的初始化和后台读写操作。

1.4、Start前的初始化步骤

使用new函数将agent指定到待仿真的vip的IF上，

第二行：为agent设置一个标签，在使用多个vip时，方便在仿真时的错误信息中看到是哪个vip产生的。

第三行：设置verbosity为0，为不展示详细的仿真信息。设置为400，则会在仿真时print出详细的仿真信息。（不常用）

第四行：启动slave，之后slave可以根据待测的Master接口的读写时序产生相应的slave时序，被Master进行读写。

仿真过程中，如果axi或axi stream总线上的时序出现了任何错误，vip都会自动结束（暂停）仿真过程，仿真记录的波形会停在总线时序出错的位置偏后一点，控制台中也会显示vip对错误的详细描述。

02几个常见功能

VIP的内部功能结构、支持的仿真函数在xilinx-vip-api-2021-2中有详细的说明。使用浏览器打开下图中的文件，便可以查看到。

axi-vip和axi-stream-vip都有自带的仿真例程，常用的功能在仿真例程中都有涉及。

2.1 设置VIP支持的Outstanding读写深度

例如，设置slave vip的outstanding深度为32，执行下面代码的前两行即可。第3~4行则是获取agent的读写深度，可以以此确认前面设置的读写深度是否有效。

2.2 自定义ready信号

自带memory model的slave vip可以在start_slave();之后产生slave时序，也可以通过slave的wr_driver或rd_driver，自定义ready的高低电平周期。

下图代码展示的是为axi产生自定义wready、awready、arready的方法。在这个initial的末尾，只是为ready信号设置了一个低电平时间为5clk，高电平时间为5clk的初始状态。

仿真开始后，可以在每次AW（写地址）通道握手之后，将新的awready和wready设置到agent上。在每次AR通道握手之后，将arready设置到agent上。

不能在axi的一个传输周期之内设置多组ready，否则vip会报出类似“太多未处理的ready”等错误信息，即使仿真依旧能够进行。

2.3 Axi slave vip的memory model

使用agent.mem_model.backdoor_memory_write等函数可以绕过vip直接对memory model进行一些读写操作，在xilinx vip api文档中有详细介绍，需要注意只有带memory model的vip才支持这类功能。

03使用自己的仿真环境

dma_sim_vivado工程中含有两个仿真源，一个是只测试AXI与AXI-Stream通路的回环测试工程，另一个是测试DMA所有功能包括接口的仿真工程。

其中，axi_if_sim中例化了一个axi vip和一个axi stream vip，其测试内容为：

1、 填充axi stream接口的rxfifo。

2、 axi master接口将rxfifo中的数据写入到axi vip的memory。

3、 axi master接口将ax vip中memoty的数据全部读出，并存入txfifo。

4、 txfifo上的axi-stream master接口将txfifo内的数据以axi-stream的形式传给axi stream vip。

5、最后比较axi stream vip接收的数据与一开始填充进rxfifo的数据是否一致，输出仿真结果。

np_dma_sim中的vip使用基本一致，增加的内容在于使用

agent.mem_model.backdoor_memory_write为slave vip的memory预先填充了一部分DMA的描述符，方便后面的仿真使用。

审核编辑：汤梓红