基于UVM的驗證接口封裝方法

南京航空航天大學 范仁艷

中國科學院計算技術研究所 支 天

驗證是集成電路設計過程中的重要環節，目的是為了發現設計缺陷。驗證周期和驗證對象的復雜性成正比。在保證驗證質量的前提下，驗證效率也是驗證的重要指標。在基于UVM的傳統驗證環境中，driver、monitor、scoreboard等組件存在大量冗余重復代碼，編碼效率低，不易維護和管理，可復用性差，從而影響驗證效率。針對此問題，在UVM環境框架基礎之上，提出一種驗證接口封裝方法，達到一份代碼多方復用的效果，提高驗證效率。

集成電路IC（Integrated circuit）前端的開發通常是一個非常漫長的過程，需要經過前期的市場調研，中間的規格制定、方案開發，最后的代碼設計等眾多環節。驗證是保證設計代碼和最初的需求可以正確匹配的重要手段。驗證的目的是為了發現設計代碼的所有缺陷。

質量和效率是驗證需要兼顧的兩個重要指標。驗證質量可由驗證結束后是否存在遺漏缺陷衡量，驗證效率體現在完成一次驗證花費的時間。如何在保證驗證質量的前提下，盡可能的提高驗證效率是一個驗證過程中需要持續解決的難題。驗證的質量和效率體現在驗證的各個環節中，驗證的大致流程是：

（1）閱讀學習設計人員提供的設計文檔，進行提煉總結，輸出驗證功能點列表。功能點列表是否完備很大程度上決定了驗證質量。

（2）輸出驗證方案，主要包含驗證環境的框架結構，激勵、參考模型的實現方式，檢查機制等等。驗證方案是搭建驗證環境的重要參考，會直接影響驗證效率。

（3）搭建驗證環境，主要涉及各個組件的編碼。

（4）構造驗證用例，逐一進行驗證用例的驗證調試至所有用例驗證通過。

以上過程中，“驗證環境的搭建”占據了驗證人員的編碼時間的大部分時間。圖1所示是基于UVM方法學的驗證平臺框圖，從圖中可看出，驗證環境ENV（environment）中主要包含SQR（sequencer）、DRV（driver）、MON（monitor）、REF（reference model）以及SCB（scoreboard）等關鍵組件。SQR用于發送激勵至DRV；DRV和MON是直接和待驗設計DUV（Design Under Verification）交互的組件，DRV用于驅動激勵至DUV，MON用于采樣DUV輸入接口和輸出接口的數據，分為輸入MON和輸出MON；輸入MON采樣DUV輸入數據送至REF做運算，運算結果送至SCB和輸出MON采樣得到的DUV輸出結果進行比較。

圖1 UVM驗證框架圖

表1 常見UVM主要編碼示例

表2 常見UVM主要編碼示例

1 UVM環境框架分析

使用UVM驗證框架搭建驗證環境，存在兩個效率問題。

對于不同的DUV的驗證，都需要重新搭建環境，且需要在每個驗證環境中編碼所有組件，整體編碼效率低。實際上，整個驗證環境中，除去REF需要根據不同的DUV進行適配，其余所有組件在不同的驗證環境中都是承載相同的功能，編碼極其類似。表1展示了對于兩個不同的DUV各個組件的主要職責，其中DUV1的接口1、2、3為輸入接口；接口4、5為輸出接口；DUV2的接口1、2為輸入接口；接口3、4、5為輸出接口。從表中看出，對于DRV、MON和SCB三個組件，主要職責完全一樣，僅僅是交互的接口對象及數量不一樣。

在單個驗證環境中，DRV、MON、SCB三個組件同樣存在大量功能和編碼相似的“重復”代碼，導致單個組件編碼效率低，可維護性以及簡潔性差。表2列出的對于DUV1三個組件的偽碼情況證實了這一點。

2 IFP介紹

為了解決上一章節的兩個問題，提出一種基于UVM的驗證接口封裝方法IFP（Interface Package），該方法將驗證環境中功能以及編碼類似的組件進行封裝，可大幅度提高單組件的可維護性、可靠性、可復用性，進而提高整體驗證環境的編碼效率。

IFP主要包含兩部分內容，第一部分是將與DUV交互的DRV、MON以及SQR組件封裝成一個單元agent。其中和驅動相關的行為均定義在DRV；和采樣相關的行為均定義在MON；SQR負責和DRV交互。單個agent支持兩種模式。一種是驅動模式，另一種是采樣模式。對于DUV的輸入接口，例化agent之后，配置模式為驅動模式。若agent工作在驅動模式下，agent例化SQR，DRV和MON，DRV從SQR中獲取事務型激勵，DRV將激勵驅動至DUV，MON采樣DUV輸入接口數據存儲在agent的內部的輸出端口output_port。對于DUV的輸出端口，例化agent之后，配置模式為采樣模式。若agent工作在采樣模式下，agent只例化MON，MON采樣輸出接口的數據，存儲至內部的output_port；同時agent會例化一個應答模塊rdy_model，用于響應輸出接口。所有響應模式均在rdy_model定義。第二部分是將所有比較規則與模式封裝成一個SCB，SCB例化在驗證環境中，一組輸出接口和一個SCB對應，例化時指定這組接口的比較模式即可。

圖2 兩個模塊簡易交互圖

圖2顯示的是兩個模塊A、B常見的簡易交互方式。模塊A輸出兩組數據if0和if1至模塊B，模塊B處理之后，返回兩組結果if2、if3至模塊A。對于模塊B來說，若是基于UVM搭建驗證環境，環境框圖如圖1所示。ENV中例化REF、SCB、in_agent、out_agent，in_agent中例化SQR、DRV、MON；out_agent例化MON。激勵生成器將產生的激勵發送至SQR，DRV從SQR中取得激勵驅動至所有的輸入接口；in_agent的MON為輸入MON，out_agent的MON為輸出MON，作用如前一章節介紹。SCB收集所有的REF的運算結果和DUV的運算結果，分別進行比較，輸出比較結果。若是使用IFP方法，模塊B搭建出來的驗證環境如圖3所示。該環境中例化了4份IFP、將4組接口信息作為參數分別傳遞至4份IFP，便可實現環境與DUT的所有交互。其中接口0、1設置的是驅動模式，接口2、3設置的是采樣模式。環境中還例化了兩個SCB，分別用于比較接口2、3。

圖3 IFP驗證環境框架圖

對比兩個環境，UVM環境DRV、MON、SCB中因為涉及多組接口驅動、采樣、比較，存在大量的類似重復代碼。在IFP環境中，通過定義一份IFP，之后在ENV中例化多份，然后參數傳遞接口信息的方式實現了一份代碼多次復用的效果，大大提高了環境的簡潔程度，提高了可維護性、編碼效率。若再考慮模塊A的環境，模塊B的環境定義好的IFP可繼續在模塊A中使用，設置成不同的模式即可。對于接口1和接口2，模塊A為采樣模式，模塊B為驅動模式；對于接口2和接口3，模塊A是驅動模式，模塊B則設置成采樣模式。實現了一個IFP兩個環境共用的目的，提高了代碼的重用率的同時，也提升了編碼效率。

3 總結

在基于UVM的驗證框架中，單個驗證環境中的DRV、MON、SCB等組件代碼繁雜冗余，不易維護，編碼效率低；多個驗證環境之間的以上組件同樣功能相似，編碼相似。為了提高所有驗證環境的整體編碼效率，提出了一種接口封裝方法IFP，可大幅度提高驗證環境的可復用性，便于維護和管理。