IP軟核測試策略及驗證方法研究

閆淑梅，鄒明亮

（長沙環保職業技術學院 湖南 長沙 410004）

IP軟核測試策略及驗證方法研究

閆淑梅，鄒明亮

（長沙環保職業技術學院 湖南 長沙 410004）

近年來隨著科技的不斷進步和發展，集成電路的也在不斷發展，呈現出來愈加復雜的趨勢，所以芯片的設計也不斷的出現了功能的增強、集成程度的提高的發展的趨勢。系統芯片SoC成為當下主流的趨勢下，IP核也在飛速發展。IP核也就是知識產權IP，分為軟核IP、固核IP、硬核IP，其中軟核IP以其靈活性高的優點，在復雜的設計中有較強的優勢。但是在IP軟核的實際應用中，也存在很大的困難和挑戰，因此為了能更好的對IP軟核進行應用，對IP核進行測試和驗證具有重大的意義。文中通過對IP軟核的特點進行概述，進而對IP軟核的測試和驗證方法進行研究，提出方案，以促進IP軟核的應用及發展。

IP軟核；測試；驗證方法；應用特點

在SoC已成為發展主流的態勢下，也面臨了一系列的挑戰，性能的愈加增強、規模愈加擴大、開發周期變長、設計質量難以控制等難題成為了考驗。而IP核的發展則是一種有效的解決辦法，而且IP軟核因其靈活性較強，開發成本較低被廣泛運用，但是IP軟核也存在像預見性不強，來源眾多，所以獲得的一些IP軟核質量不能保證，從而出現了對IP軟核的研究，對于IP軟核進行測試和驗證研究以保證IP軟核的質量變得尤為的有意義，文中就是對IP軟核進行概述，并對IP軟核進行測試、驗證的研究和分析，以促進IP軟核的正常、有效使用。

1 關于IP軟核的概述

1.1 IP軟核的含義

人們所說的IP核，也就是知識產權IP，是一種有著特定的電路功能的語言程序，IP核與集成電路的工藝沒有關系，可以進行移植到不同的半導體的工藝中去，以生產集成電路芯片。而IP內核則分為3種，分別為IP軟核、IP固核以及IP硬核，從而在不同的硬件實現。IP軟核是用某高級語言來描述的程序，但是不需要電路元件去實現功能[1]。

1.2 IP軟核的特征

首要的是IP軟核要有以下基本特征：在通用性、正確性以及可移植性這3個上要有保證。通用性要求IP在特定的領域可以進行較為廣泛的通用，在子功能上可以進行配置、可以進行編程。例如IP嵌入式CPU模塊的通用性就展現的很好[2]。正確性要求IP可以實現嚴格的規范，可以遵守可重用開發的規范，IP在驗證上可以達到完備，功能與測試的兩項覆蓋率都可以實現達到100%；同時可以覆蓋IP的臨界條件，提供與其相關的大流量、隨機性的測試，甚至提供更詳細的完備的測試環境等等。在可移植性上說的是IP可以實現網表，行為描述等等可以實現可移植的性能，在設計輸入上可以在不同的平臺進行展示。其次軟核IP是由除了IP設計者以及IC加工商的第三方用的，而且不止有一個使用，因而IP軟核還需要有以下的特征：

1）可讀性。因為使用者需要對IP軟核進行更近一步的應用，因而對于IP軟核需要進行功能上的以及算法上的比較細致的了解，才可以達到對IP軟核的正確應用，才能充分發揮IP軟核的優點，因此需要提供者給出恰當的方法對設計進行描述，以供用戶正確和方便的使用，同時還要采取一定的相應措施，以保證知識產權不會受到侵犯。

2）在工藝上要有一定的延展性以及工藝上的適應性。IP軟核是經過多種設計、實驗及優化的。在IP軟核定型時要有一定的使用范圍，在對于其他的設計上也要有一定的適應性，以便以后IP軟核在別的領域進行應用時，不需要進行太大的調整；在工藝不斷先進時，IP軟核可以輕易進行小量調整甚至不用修改便可以正常的運用。

3）可測性。在IP軟核被應用進不同的地方時，會進行相應的修改和調整，因而IP軟核要可以在功能及性能上可以讓被使用者進行相應的測試，這樣就要求IP軟核具有可以進行測試的性能，不但可以對IP軟核進行獨立的測試，同時也要滿足IP軟核在系統的環境中可以進行測試。

4）標準性。因為IP軟核是由第三方提供的，所以為了方便的進行應用，就要要求IP軟核設計的提供者對其端口有一個嚴格的標準的定義，以做到統一。

5）對版權要進行保護。因為要對IP軟核的設計及技術進行保密，所以在設計的時候可以進行適當的、有效地加密技術，同時在工藝上實行保密的技術。

2 IP軟核的測試策略

建立的測試平臺和子模塊的設計是一起的，首先開發測試的用例，并根據IP軟核的模型對測試的環境進行調整和測試，從而對IP軟核測試的測試用例和環境有所準備[3]。

IP軟核測試可以被簡易的表現為如圖1所示。這種測試的方式為通過輸入接口進行輸入，然后通過輸出接口進行了檢測的。在一般的數字系統中，接口產生有限的事務處理，其操作是對存儲單元進行的讀寫操作。

圖1 IP軟核測試示意圖Fig.1 The IP soft nuclear test schematic diagram

在設計IP軟核時要對輸入接口的允許類型進行設置，例如寄存器的特定時序，除了一些特定的時序外，其余的是不可以進行時序關系的改變的。在設置了輸入接口類型后，要有對相應對應的次序的測試模塊。要對測試模塊的性能進行分析，來檢測設計能否符合標準，同時也要對進行隨機測驗的未知情況進行分析。在對于輸出的測試方面，要先有測試激勵，進而根據對于IP軟核的測試來斷定其工作是否正常。如果想要對輸出判斷其是否有效，就要對數值進行檢驗，看其是否正確[4]。

IP軟核測試包括其中一項回歸測試，IP軟核的回歸測試是可以檢測到在對錯誤進行修改時引發的另一個錯誤?；仡櫆y試可以幫助我們在修復一個錯誤或者在添加新的功能的時候，已經通過測試的仍然能夠做到基本的正確。

IP軟核中的自動化測試在近年也越來越得到發展，首先對于測試的環境要根據情況進行建立，然后對操作流程進行配置，對測試的流程組件進行評測，從而得出質量及度量的結果，最后以對測試的結果進行評測，實現自動化，使IP軟核的測試更加的有效率[5]。

3 IP軟核的驗證方法

對IP軟核進行驗證其目的就是為了通過形式多樣的辦法對所設計的進行檢驗以確保所設計的IP軟核的實用性及準確性。在目前較為普遍的驗證方法是模擬驗證，通過對所設計的IP軟核在不同層次的模擬測試，然后對輸出的模擬測試的結果進行分析，進而實現對于所設計的IP軟核的驗證。通過對設計流程的了解和認知，IP軟核的設計是有限的，其能完成的只有頂層到功能仿真層的設計，剩下的部分要通過IP軟核的使用者才能夠完成。好的IP軟核不僅要具備良好地功能還要擁有高質量的綜合的代碼，這樣可反映在不同工藝庫中。所以說對于IP軟核的驗證是很復雜的，不僅要對其功能進行驗證還要對設置的時序進行模擬性質的驗證，以便更好地在多重驗證下得到優化[6]。

功能仿真和時序仿真是組成驗證的兩個部分。功能級仿真可以對IP軟核進行系統的優化，并且可以對系統規范得到完善。為了IP軟核可以更好地進行綜合，最好對此有計劃，例如構制簡易的邏輯圖。在功能仿真時，需要通過對仿真的結果進行分析從而對IP軟核進行修改，然后再次進行功能仿真，反復進行，達到對設計的愈加完善。而時序仿真則是通過采取各異的進行綜合，然后驗證，其同樣是多次的反復驗證，不斷修改來優化設計。功能仿真和時序仿真的反復驗證過程是一個龐大而又復雜的過程，其工作量較大，而且有些進行了重復，所以自動化的發展為其提高了效率，減少了不必要的麻煩[7]。

在對IP軟核的驗證還有一種是針對系統的形式驗證，這種驗證方式不需要數值，而是對不同的進行分析判斷，看它們是否相同。所以形式驗證需要有參照物進行對比，所以通常形式驗證是為了對更改前后的設計進行比較以直觀的了解功能是否改變。

在完成芯片時需要復雜的驗證，相對于復雜的芯片驗證，IP軟核的驗證顯得較為的輕松，IP軟核的錯誤和不足也更容易被檢測出來，所以在集成之前驗證IP軟核是一個降低芯片驗證成本的有效辦法[8]。所以說在軟核集成之前對其驗證這項工作成為必然。因為IP軟核所應用的多為重要的關鍵性地方，所以驗證IP軟核要更改錯誤及不足，以保證IP軟核配置合理、科學，可以做到正常工作。在進行IP軟核的驗證時科學的、正確的驗證方法可以提高驗證的內容，為了做到IP軟核功能上的準確，在驗證上需要大量的投入對此進行完善，同時需要驗證的技術和先進的工具[9]。一些IP軟核的驗證可以進行多次，在用戶使用中也可以進行驗證。

4 結束語

近些年來由于芯片技術及應用的飛速發展，使得芯片的功能不斷地強大，成本也逐漸變低，而且使用的越來越靈活，在這之中IP軟核也得到了快速的發展，種類也在不斷地豐富，這樣也促進了IP軟核的更新換代，但是在IP軟核推陳出新的過程中，對于IP軟核測試及驗證卻不能有絲毫的松懈，可以說IP軟核的好壞與否一半在與前期的設計和研究，另一半就決定于后期的測試和驗證的確認和完善階段的運行，所以IP軟核的測試和驗證成為了IP軟核是否可以成功的關鍵因素。而IP軟核的發展及其測試和驗證也將成為我國在此領域一個新的發展機遇與考驗。

[1]趙爾寧．基于SoC的可復用IP軟核設計方法的研究[D]．河南：解放軍信息工程大學，2005．

[2]李麗．集成電路設計方法及IP設計技術的研究[D]．安徽：合肥工業大學，2002．

[3]Louis S，Luciang L，Grint M.集成電路系統設計、驗證與測試[M]．陳力穎，王猛，譯．北京：科學出版社，2008．

[4]William L K．硬件設計驗證，基于模擬與形式的方法[M]．王維維譯．北京：機械工業出版社，2007．

[5]簡貴胄，葛寧，馮重熙．靜態時序分析方法的基本原理和應用[J]．計算機工程與應用，2002，15（7）：18-22．

JIAN Gui-zhou，GE Ning，FENG Chong-xi.Static timing analysis method of the basic principle and application[J].Computer engineering and application，2002，15（7）:18-22.

[6]杜慧敏，曾澤倉，韓俊剛，等．構造特定領域應用芯片驗證環境的方法討論[J]．微電子學與計算機，2004，21（6）：185-189．

DU Hui-min，ZENG Ze-cang，HAN Jun-gang，et al.Structure specific application of chip verification environment discussed methods[J].Microelectronics and Computer，2004，21（6）:185-189.

[7]安建峰，樊曉婭．龍騰CI微處理器的功能驗證[J]．計算機工程與應用，2005，12（2）：33-35．

AN Jian-feng，FAN Xiao-ya.Longteng CI microprocessor functiontest[J].ComputerEngineeringandApplication，2005，12（2）:33-35.

[8]李宥謀，韓俊剛．SDH芯片功能驗證平臺的設計與實現[J]．光通信研究，2005，130（4）：61-63．

LI You-mou，HAN Jun-gang.SDH chip function design and realization of the verification platform[J].Study on Coptical Communications，2005，130（4）：61-63．

[9]劉路路．基于非完全確定有限狀態機模型的控制器綜合的形式驗證[D]．安徽：安徽大學，2006．

IP soft-core test strategy and verification methods

YAN Shu-mei，ZOU Ming-liang
（Changsha Environmental Protection Vocational College， Changsha 410004， China）

As technology continues to progress and development in recent years，integrated circuits are constantly development of present increasingly complex trends，chip design enhancements constantly improve the degree of integration of the development trend.System-on-chip SoC and become the mainstream trend，IP core is also developing rapidly.IP core intellectual property IP，divided into soft-core IP，solid-core IP，hard IP，soft core IP advantage of its high flexibility in the complexity of the design has a strong advantage.But in the practical application of IP soft core，there are also a lot of difficulties and challenges， IP soft core application， testing and validation of the IP core of great significance.This paper an overview of the characteristics of the IP soft-core，and then on the IP soft-core testing and verification methods to study a proposal to promote the application and development of IP soft core.

IP soft core； test； authentication method； application features

TP393.08

A

1674－6236（2013）04-0098-03

2012-10-15稿件編號201210104

閆淑梅（1974—），女，湖南衡陽人，碩士，講師。研究方向：核測試與核測控。