面向XML規范的復雜數字邏輯建模與驗證

汪迅寶

(安徽國際商務職業學院， 安徽 合肥 230000)

隨著高要求的需求的提出，CDLS的設計目前面臨諸多問題：系統復雜度越來越高，系統成本、周期、實時、高效和低功耗等要求越來越高。當前，CDLS設計常采用現有的集成開發工具進行建模，如Quartus IDE、Vivado IDE等。為解決出現的問題，首先進行需求分析、建模，然后采用多種驗證方法對所建模型進行驗證。

1 面向XML規范的復雜數字邏輯建模與驗證

本設計包含面向XML規范的復雜數字邏輯建模與驗證2部分內容，前者為后者提供理論依據。

(1)面向XML規范的復雜數字邏輯建模。結合XML語言的結構化、層次性的特征和數字邏輯系統建模理論，實現對CDLS建模，達到更加高級的數字邏輯系統描述的目的，使開發者只需要考慮模塊功能需求，避免模塊功能的邏輯結構實現的時間開銷。針對高層次復雜邏輯系統，采用系統-模型策略(即將復雜的問題分解為多個細小問題)，將復雜系統問題細粒度化解決。

(2)面向XML規范的復雜數字邏輯驗證。它是利用多級驗證技術對采用XML規范建立的復雜數字邏輯模型進行驗證其功能及其時序的正確性。結合了編譯原理中的詞法、語法和語義分析以及電子設計自動化相關理論和技術，包括有效性、功能/時序仿真和基于FPGA開發板的在線驗證，以實現將XML自動轉換為Verilog并進行仿真驗證，以下載到目標板上進行在線驗證。 本項XModel工具的設計，能夠將用XML規范描述的數字邏輯電路自動轉換為Verilog并進行仿真驗證，以便下載到FPGA板上進行在線驗證。

2 Xmodel系統需求分析

2.1 系統功能分析

XModel系統的總目標是：基于Microsoft Visual Studio 2010平臺，開發一個體系結構完善，便于擴展、更新、維護，且具有良好人機交互的復雜數字邏輯建模與驗證平臺。采用XML源語言設計的數字邏輯組件，經過仿真調試，并進一步轉換為Verilog文件，為下一步利用其他EDA工具下載至FPGA上進行在線驗證。XModel系統的主要功能如圖1所示，其中HDL仿真、HDL綜合、FPGA板級驗證3個模塊使用現有成熟的EDA工具完成。

圖1 系統功能結構圖

2.2 Xmodel系統的實現

根據系統描述，對Xmodel系統進行模塊分析設計，主要模塊有：語法分析 模塊、詞法分析 模塊、語義分析模塊、XML綜合模塊、有效性驗證模塊、原型仿真模塊。

(1) 詞法分析(XM_Lexer)。它是以源程序字符文件為輸入對象，以源程序語法規則為策略，從輸入對象中過濾出關鍵字、運算符號以及其他標識符等，并標記。在Xmodel系統的詞法分析的主要功能如圖2所示。

圖2 詞法分析器的功能

(2) 語法分析(XM_Parse)。Xmodel系統以詞法分析為基礎，以源程序語法規則為基準，分析詞法Fenix中的標記是否符合基準要求，以及標記對應結構是否符合基準要求，如程序設計中的“{”與“}”是否成對出現、“=”兩邊應有2個對象等，分析結果給出相應分析報告或指示，Xmodel系統的語法分析的主要功能如圖3所示。

圖3 語法分析的功能

(3)語義分析(XM_Syn)。Xmodel系統在語法分析和語義分析基礎之上，結合模塊程序完整性，檢測程序中結構中的標記對象的語義規則，分析標記對象是否符合語義規則約束，并給出分析結果，如在源程序是否存在變量同名、賦值非法等。

(4)有效性驗證(XM_Eff)。包含完整性驗證(XM_Com)和穩定性驗證(XM_Stab)兩方面內容,順序調用模塊XM_Com、XM_Stab；可重用。

在Xmodel系統設計過程中，首先，根據客戶需求設計出系統組件模型，在模型設計流程里，組件模型與用戶實際需求可能會存在一定差別。為盡快縮小這種差別，盡最大程度滿足客戶需求，可以對早期建立的系統組件模型進行初步驗證檢測，(即有效性檢測)，由系統模型完整性和穩定性的驗證組成。

(5) 原型仿真(XM_Fs)。原型仿真即對源代碼進行功能仿真，不涉及延時考慮，其作用是：對源代碼進行功能仿真，功能仿真對上生成的XML代碼加入測試信號(激勵文件.in)，生成波形，檢查波形結果是否滿足要求，并記錄于波形文件內。

對復雜邏輯組件功能驗證，驗證仿真前，對復雜邏輯組件展開處理，約定輸入信號組，驗證各子組件的端口信號變換，生成輸出結果。

(6)系統實例驗證。本文以全加器的XML描述為例，使用XModel系統對其進行設計驗證，設計驗證步驟主要有：源文件輸入、仿真、綜合，后續驗證可調用第3方EDA工具進行。

3 結束語

本項設計的建模與驗證工具XModel不需要高端的硬件設備，具有很高的可行性，可擴展性強，適用于各種數字邏輯開發。本項目設計的建模與驗證工具XModel具有如下創新點：① 采用XML描述數字邏輯電路；② 采用組件式建模，便于復用；③ XModel系統可將XML自動轉換為Verilog并進行驗證。

當前，建模與驗證工具多數為直接采用Verilog和VHDL描述數字邏輯，而此設計采用XML描述數字邏輯，易于開發者進行開發。