IP 核標準和開發流程

王 渙

(中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽 110032)

1 引言

上個世紀90年代初，由于集成電路制造技術和EDA 工具的快速發展，芯片設計規模和設計復雜度急劇提高，出現了一批像ARM 這樣的專門為第三方公司提供可復用的集成電路模塊的IP 供應商。IP 供應商的出現和SoC 設計方法學的普及，極大地促進了集成電路設計業的發展，伴隨著IP的推廣和使用，也出現了一系列急需解決的問題。IP 供應商需要提供怎樣的文件;IP 使用者如何才能快速對其進行修改以適應設計者的需要;如何解決IP的接口標準問題;如何建立一個相對客觀的IP 評價體系，實現對IP 質量的評估;如何進行IP 驗證;如何有效地建立起IP的保護體系。這一系列問題的出現，最終導致了IP 核標準的產生［1］。圖1為集成電路IP核標準體系。

2 IP 核的開發流程

IP 核的開發流程，大致分為以下幾個步驟:①IP 核開發指南的編寫;②IP 核的設計;③IP 核的驗證。

2.1 IP 核開發指南的編寫

開發指南一般包括以下幾個部分:①目錄結構管理規范;②可交付項規范;③文檔結構規范指南;④文檔書寫標準;⑤驗證平臺開發指南;⑥Verilog HDL 編碼指南。

圖1 集成電路IP 核標準體系

在IP 核的開發過程中，都要遵循IP 核的各項開發文檔進行，IP 核開發文檔流程如圖2 所示。

2.2 IP 核的設計

首先，要確定IP 核的規格。IP 核的規格至少包括以下內容:概述、功能需求、性能需求、物理需求、詳細的結構模塊框圖、對外系統接口的詳細定義、可配置功能詳細描述、需要支持的制造測試方法、需要支持的驗證策略等。確定規格的過程一般又包括行為建模進行功能論證，可行性分析就性能和成本進行折中等活動。

圖2 IP 核開發文檔流程

其次，進行模塊劃分。劃分模塊是指規劃工程師在給出IP 結構模塊框圖的同時，對于每個子模塊給出一個詳細的功能描述，同時必須明確子模塊之間接口的時序要求。只有規劃好，才能夠設計好。確定規劃和劃分模塊是IP 開發是否成功最為關鍵的一步。

然后進行子模塊定義和設計。設計者對所有子模塊的規格進行討論和審查，重點檢查時序接口和功能接口的一致性，隨后整理出子模塊的詳細設計方案。接下來設計者按照實現方案開始編寫RTL代碼、編寫時間約束文件、綜合批處理文件、子模塊驗證用測試平臺(testbench)和測試套件(test suite)等。當這些工作完成并通過代碼規范性檢查、測試覆蓋率檢查、功能覆蓋率檢查等驗收以后，這個子模塊就可用來與其他模塊一起集成了。

接著，進行頂層模塊設計。頂層模塊設計就是把子模塊集成起來，產生頂層模塊，并對它做綜合處理和功能驗證。綜合過程包括編寫綜合的批處理文件，在不同的參考庫上綜合，針對在制造上的可測性插入掃描鏈、ATPG，并進行最終的性能分析和功耗分析等［2］。

最后是IP 核的產品化過程。包括以下幾個部分:提供IP 設計和驗證用testbench，用商用轉換器進行打包提交，但轉換后需要重新驗證，比如做回歸測試以確保轉換有效，并強調在幾個主流仿真器上做仿真，在幾種主要工藝庫上做綜合，做門級仿真，做形式驗證以保證網表和RTL 級的一致性，產生或更新用戶文檔等。

2.3 IP 核的驗證

對于IP 核的驗證，主要是建立參照模型和測試平臺，然后進行回歸測試和形式驗證。

這里的參照模型主要用于對系統功能進行驗證以及和RTL 模型的對照驗證，該模型主要用SystemC/SpecmanE/Vera/Verilog/VHDL 等語言來構造。

測試平臺的建立與子模塊設計并行，由驗證組的一些成員開始搭建驗證環境和開發測試用例，并針對IP 核的行為級模型對測試環境和測試用例進行調試，從而同步準備好用來仿真測試RTL 級IP核的驗證環境和測試用例。

回歸測試解決的問題是設計在修改一個錯誤的同時，卻引入了另外一個錯誤。回歸測試保證在修改一個錯誤或加入一個新功能時，已經驗證過的基本功能仍然正確。驗證工程師應該注意在驗證過程中找到一個錯誤，或加入一個新功能時，要把它們對應的測試用例及時加入到回歸測試集中。

形式驗證是一種系統級的驗證手段，不需要測試向量，而是根據“靜態”地通過判斷兩個設計是否等價來確認它們的功能是否一致，因此，形式驗證必須事先有一個參照設計。在IP 核驗證過程中，前面建立的參照模型就是我們的參照設計。形式驗證常用來判斷一個設計更改后和更改前實現的功能是否一致。同時，形式驗證也被用來確認綜合后、插入掃描鏈后、版圖提取后網表實現的功能前后是否一致。

3 結束語

在IP 核開發過程中，同樣面臨著許多關鍵技術，比如，IP的規格定義、基于接口的設計、IP 核測試存取結構標準、IP 核的驗證及打包等。隨著IP 核標準的完善，用戶將會更加方便快捷的選擇自己所需的IP 核產品。

［1］葉以正，肖立伊，謝學軍.國內外IP 核標準發展狀況［J］.中國集成電路，2005(7):25－27.

［2］王寶友.VSIA 及其IP 核標準簡介［J］.信息技術與標準化，2004(10):42－44.