大规模集成电路-09ppt课件

大规模集成电路 张俊 LSI设计流程 2 需求 需求分析 需求规格 系统设计 系统体系结构设计 系统规格 软件规格 硬件规格 软件设计 C 功能设计 RTL 逻辑设计 GATE 版图设计 可测性设计 GDS TESTPattern 制造 测试 封装 本讲的内容 3 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 SystemLSI的验证 4 HostCPU DMAC Memory EmbeddedCPU DataInput DataOutput ExternalMemory MemI O HostI O MPEGDecoder 例 SetTopBoxSystem 1 功能验证 HW SW的单体功能验证 HW SW接口的验证 时序验证 系统整体功能验证2 性能验证 总线负载 处理性能 画质 音质等的验证 软硬件协调验证 SystemLSI验证的问题点 5 1 设计的大规模化例 超过1000万的电路规模问题 验证工具无法支持 验证速度太慢 无法按时交货对策 将系统分割验证 提高验证模型 设计层次的抽象化水平 使用高速但高价的验证工具 增加验证资源 人力 硬件等 SystemLSI验证的问题点 6 2 设计的复杂化例 多个CPU 多种类IP 复杂总线的LSI构成问题 创建测试模式难度大 测试遗漏等对策 采用遗漏较少的测试方法 形式验证 导入验证指标 验证覆盖范围 3 开发周期的缩短化例 验证时间占LSI开发周期的70 问题 LSI开发的后期工程再发现设计错误的话 必然会导致设计返工及验证时间的延长对策 导入系统级验证 从而在较高抽象度水平进行早期验证 利用已得到充分验证的IP 不同设计阶段的验证 7 算法级设计 体系结构设计 软件设计 RTL设计 Gate设计 版图设计 芯片制造 装置组装 算法验证 体系结构验证 包含HW SW协调验证 RTL验证 门级验证时序分析 版图验证 芯片验证 组装验证 基于HDL验证 基于C C 验证 HW SW协调验证 设计抽象度与验证速度 8 设计抽象度 验证速度 时序精度的权衡 设计抽象度 验证速度 时序精度 高 快 低 低 慢 高 抽象度 EDA工具 抽象度 9 抽象度指验证模型功能 构造 通信方法 时间概念等信息的详细程度 验证模型的抽象度水平由设计阶段及目的决定 从硬件模块M1向模块M2写数据的例子 本讲的内容 10 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 功能 逻辑验证方式的分类 11 HW SW协调验证方式 HW验证方式 SW验证方式 HW功能验证的分类 12 本讲的内容 13 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 EventDrivenSimulation 14 只对电路中有信号变化的部分进行运算及信号传播的手法 参考 时轮 TimeWheel 方式 15 在顺序执行的计算机上进行并行处理及时间概念相关处理时 时轮方式作为事件管理方法被广泛应用 假定G1 G2 G3 G4的延迟为1ns 配线延迟为0 输入a b c为0 1ns后c变为1 3ns后a变为1 如右图所示向时轮登录事件 事件按 1 2 3 4 的次序登录 再被顺序执行 CycleBasedSimulation 16 将寄存器 FF 间组合电路的逻辑抽出并简化 反复执行组合电路运算处理及寄存器值更新处理的验证方式 RTL Netlist 逻辑综合 CycleBasedSimulator 静态时序解析 延迟验证 Sim 以同步电路为对象 由于对组合电路进行简化 验证速度比事件驱动方式要高出1到2个数量级 CycleBasedSimulation例 17 EventDrivenSimulator CycleBasedSimulator 电路以逻辑单元来表现 事件及延迟的管理比较复杂 从HDL描述中抽出电路构造 简化 f a b c d 无法反应延迟 参考 静态时序解析 STA 18 基于传统门级仿真器的逻辑 延迟同时验证非常慢 将逻辑验证与时序解析分离 静态时序解析 逻辑功能验证 具备专用验证引擎的仿真器 19 硬件模拟器不使用一般用途的计算机 而是带有仿真专用处理器的仿真器 实际芯片 RealChip 仿真器验证对象的一部分已以LSI的形式存在的话 对其LSI施加实际信号 其余部分与仿真器连接进行整个系统的仿真验证 参考 随机验证 20 仅仅以硬件描述语言来描述验证科目对应的验证模式 对于复杂验证对象 很难提高验证覆盖率 而且 相比较人所想定的验证模式 没有想到的验证模式更加重要 因此 以验证模式描述语言 1生产随机的验证模式并按照随机时序输入的验证方式被提出 即所谓随机验证 随机验证有利于在早期阶段提高验证覆盖率 作为缩短硬件验证周期的技术已变得越来越重要 1 e语言 PSL语言 PropertySpecificationLanguage SCV SystemVerilog等 本讲的内容 21 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 Emulator 22 Emulator 将作为验证对象的电路写入FPGA 使其以接近实际芯片状态进行工作的验证方式 参考 InCircuitEmulator ICE 23 可从外部观察处理器动作的工具 Break 基于指定的条件中止程序执行的功能 RealtimeTrace 不中止处理器运行 可观察执行历史记录的功能 评价芯片 目标芯片 具备调试功能的接口 EmulationMemory 用可读写存储器代替ROM 参考 PrototypingBoard 24 将CPU等事先确定好的已得到充分验证部分做成评价板 再将待测试的用户电路写入FPGA的验证方式 本讲的内容 25 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 形式验证 26 规格 测试模式 设计 规格 Property 设计 规格 设计 与参考值是否一致 是否满足Property 是否等价 针对某个输入来验证设计是否满足规格 针对可证明Property的所有输入来验证设计是否满足规格 针对所有输入来验证设计是否与规格一致 形式验证 组合电路的等价验证 27 将逻辑转换为共同的表现形式 再进行比较以确定是否等价 netlist netlist RTL VS VS 逻辑表现形式 逻辑表现形式 逻辑表现形式 比较 比较 形式验证 BDD 逻辑表现形式的例 28 BDD的性质 输入变量顺序相同并且逻辑等价时 BDD的形状一定相同 输入变量顺序变化时 BDD的形状及大小也变化 不擅长表现乘法 XOR 组合电路等价验证系统的效果 29 RTL netlist IfAthenifBthenF C elseF D ElseF E 比较 RTL NET 的一致判定 逻辑式的等价判定 形式验证工具 仿真结果的比较 以前的方法 验证时间2个小时没有遗漏 验证时间15天验证不充分 形式验证 Property验证 30 HDL Property 读入 Property验证 结果 反例 生成违反规格的测试模式 SafetyProperty 一定发生什么 绝对不发生什么 例如 A一定小于100 A和B绝对不同时为0 LivenessProperty 满足某个条件时一定发生什么 例如 当A 1时B一定等于0 Property验证 1 将验证科目以Property的形式描述 2 从HDL描述中抽出有限状态机 3 探索所有的状态空间 检查是否与Property描述一致 等价验证 TheoremProver 31 算法描述 数学模型化 基于逻辑简单化 归纳法及项目替代的等价证明 本讲的内容 32 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 HW SW协调验证的效果 33 HW SW协调验证的抽象度 34 本讲的内容 35 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 高位综合的验证问题 36 C RTL 高位综合 算法级验证 C语言调试的印象 高速 但无时序信息 RTL验证 HDL仿真验证的印象 包含逻辑及时序信息 但速度很慢 验证精度 验证时间上存在很大差异 时钟级验证模型 37 C RTL 高位综合 算法级验证 C语言调试的印象 高速 但无时序信息 RTL验证 HDL仿真验证的印象 包含逻辑及时序信息 但速度很慢 时钟精度的HW验证 系统级的性能评估 HW SW的I F时序验证 时钟级验证 时钟级验证模型 高速化 追加 高位综合的调试问题 38 综合导致寄存器 运算器的共享 数据通道与FSM的分离 必须具备C代码层次的调试功能 代沟 C语言与RTL的对应非常复杂 RTL仿真的调试非常困难 高位综合后的调试功能例 Cyber 39 C代码显示功能 将FSM上现在状态的位置置换显示为C代码的行位置 C变量值显示功能 将数据通道上寄存器的值置换显示为C代码的变量 本讲的内容 40 1功能 逻辑验证概要2功能 逻辑验证方式 1 Simulation方式 2 Emulation方式 3 形式验证方式 4 HW SW协调验证方式3高位综合与验证4验证方式的比较 第九讲功能 逻辑验证 验证工具的处理速度 41 描述抽象度 算法级验证 RTL验证 门级验证 1 10 100 几十万 几千万 几亿 验证时钟数 Macro设计 芯片设计 系统设计 SOC HDLSimulator NetlistSimulator CycleBasedSimulator CSimulator HardwareSimulator Emulator C Simulator FP