软件覆盖范围 - 如何利用软件作为激励来加速SoC系统级验证？

　　软件覆盖范围

　　运行软件提供了一个切合实际的激励，但它不可能为验证空间提供足够宽的覆盖范围。软件通常是一遍一遍地重复只具有些微差别的相似操作。因此，这种方法应当结合其它现有验证技术一起使用。同时，运行大量的软件通常不会改善验证效果。在不牺牲验证结果的情况下，通过对软件进行少量修改，能够缩短较长的代码操作。例如，在上述显示设备实例中，向所有位置写数据的诊断程序能够被缩短为只写前3行和最后3行。这样做不会减少覆盖范围，却能使测试速度加快45倍。

　　划分内存系统

　　将代码作为设计激励运行时，无疑会令人增加对设计被全面验证的总体信心。并且，在大多数情况下，它能暴露其它验证方法遗漏的设计缺陷。但是，在逻辑仿真中运行代码是非常慢的。逻辑仿真器通常以10Hz到100Hz的速度执行操作。在这样的性能水平条件下，只有少量的代码能够运行。

　　以执行代码时产生的电路行为为例，连续的九条ARM指令会产生15个总线周期。在这15个总线周期中，只有2个和硬件操作有关。剩余的13个只支持代码的执行，不会对测试的设备产生任何影响。当然，基于处理器高速缓存和缓冲区的设定，并非所有的这些总线周期都能获得处理器上的外部信号。但是，即使总线周期不通过外部驱动，它们也需要由整个电路的仿真器来处理的时钟。降低仿真性能的不是总线周期的电路行为，而是设计中附加的时钟驱动。

　　把处理器的内存系统分割为I/O空间、代码空间和数据空间时，可分隔这些总线周期，只将I/O周期加入到逻辑仿真中。通过过滤逻辑仿真器中的代码和数据周期，他们能够在不占用仿真时间的情况下得到处理。这使得仿真速度加快。尽管全功能处理器模型执行所有的总线周期和指令，但逻辑仿真只在总线周期处于某一特定范围内时才会进行。这样，逻辑仿真只关注专门针对被验证设备的总线周期。不参与逻辑仿真的分区内存可以描述为已被软件图像预先初始化的“超级高速缓存”。这种“超级高速缓存”足够大，能容纳全部的软件图像和所有数据，并提供无限的快速访问。能够放置在普通高速缓存中而不影响设计操作的内存，都可以安全地放置在这个“超级高速缓存”中。直接由硬件访问的内存区域是不可缓存的，且必须建模为硬件仿真的一部分，以向硬件提供访问这些内存区域的权限。

　　增强的性能

　　回到假设显示模块，使用AMBA总线周期驱动寄存器输入和读取寄存器输出。结果，诊断和驱动程序代码的仿真时间减少了10倍以上，小型画图程序的仿真时间减少了30倍。程序所作的计算不只是将像素复制到屏幕上。它将像素和以前的图像进行比较，只有当数值变化时才写入像素和地址。当软件的复杂性增加时，性能因素也随着提高。仿真吞吐量的增加是由于不需要运行与总线周期相关的时钟。如果软件完成更大的计算量，性能提高会更大。

　　使用附加的设计模块

　　这篇文章描述了单个设计模块激励的代码应用程序。因为代码和数据空间的内存没有被建模为硬件的一部分，因此可以在完成全部设计之前，在一个单独的设计模块上运行这种类型的测试。它不需要设计完整的内存子系统并作为仿真的一部分运行。当运行一些模块级测试时，有必要将附加的硬件组件和I/O数据流建模为仿真运行的一部分。使用相同的过滤技术，可以把给定内存区域的内存处理事务传送给任意的C函数。这可以通过建立一个基于地址范围的回调函数实现。这样，没有建模为HDL的软件需要的组件能够用简单的C函数替代。同样，对I/O端口的读写可以通过基本的C函数连接到主机文件和I/O系统。对于包含很多硬件设计的系统级仿真，也可以使用相同的方法。对于这种情况，硬件模块被替代的越少，在逻辑仿真器中出现的行为就会更多。

　　结语

　　本文介绍了一种使用软件作为激励以加速系统级验证的方法。使用的激励是切合实际的，并易于快速创建。对设计执行此激励可及早揭露问题，否则，这些问题可能要等到创建虚拟原型后才会被发现。提高性能的关键在于过滤出与硬件操作无关的代码和数据引用，并在分区内存存储中处理。这种方法能使验证工程师解决日益增长的功能验证挑战。Questa验证平台可以自动把固件输入到测试平台，加速取指令操作与内存引用执行，并提供源代码级的调试环境。