早在5年前，人們便預(yù)測(cè)PSS（Portable Stimulus Standard），將與UVM一樣躋身主流驗(yàn)證技術(shù)之一。如今面對(duì)日益復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)芯片驗(yàn)證，除了集成規(guī)模提高帶來的挑戰(zhàn)外，包含架構(gòu)探索、軟硬件協(xié)同、測(cè)試用例跨平臺(tái)復(fù)用等一系列新課題，擺在了芯片驗(yàn)證工程師面前。被很多業(yè)內(nèi)專家寄予厚望的PSS，因具備自動(dòng)生成驗(yàn)證場(chǎng)景、同源化可移植激勵(lì)等優(yōu)勢(shì)，成為了應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)的有力工具。

為什么PSS成為了新的驗(yàn)證效率增長(zhǎng)點(diǎn)？

如果說過去二十年里，蓬勃發(fā)展的仿真驗(yàn)證、形式驗(yàn)證等各種技術(shù)日益成熟，驗(yàn)證領(lǐng)域逐步統(tǒng)一了驗(yàn)證方法學(xué)并初步實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證的完備性。那么接下來的二十年，擺在行業(yè)面前的新課題就是如何解決工具缺乏兼容性、數(shù)據(jù)碎片化，實(shí)現(xiàn)工具創(chuàng)新的問題，從而進(jìn)一步提高驗(yàn)證效率。
以SoC級(jí)驗(yàn)證為例，一個(gè)典型矛盾是復(fù)雜場(chǎng)景驗(yàn)證可能需要數(shù)以萬(wàn)計(jì)的C語(yǔ)言測(cè)試激勵(lì)，但是C語(yǔ)言很難實(shí)現(xiàn)靈活的隨機(jī)化，過往大部分芯片公司依賴于驗(yàn)證工程師手寫直接測(cè)試用例，這是一個(gè)非常龐大的工程，也導(dǎo)致覆蓋率提高緩慢。對(duì)設(shè)計(jì)的各種功能進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)，也需要數(shù)量龐大的驗(yàn)證用例來提供測(cè)試場(chǎng)景。如何把驗(yàn)證工程師從繁瑣的測(cè)試用例逐個(gè)開發(fā)的工作中解放出來，一直是行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)之一。
另一方面，傳統(tǒng)驗(yàn)證中，不同驗(yàn)證層級(jí)的現(xiàn)有驗(yàn)證平臺(tái)存在顯著的差異，因此不同平臺(tái)的測(cè)試用例也是基于不同的編程語(yǔ)言，不同的驗(yàn)證方法學(xué)開發(fā)的。哪怕同樣是SoC層級(jí)的驗(yàn)證，基于邏輯仿真器和基于硬件仿真系統(tǒng)的測(cè)試用例，在芯片公司中往往也是兩個(gè)不同的團(tuán)隊(duì)重復(fù)開發(fā)的。業(yè)內(nèi)的普遍共識(shí)認(rèn)為，數(shù)字驗(yàn)證中的激勵(lì)重復(fù)開發(fā)、重復(fù)編譯、碎片化調(diào)試，額外耗費(fèi)的時(shí)間已經(jīng)占據(jù)了總體驗(yàn)證時(shí)間的30%以上。
如何解決數(shù)據(jù)碎片化，追求不同技術(shù)、不同層次、不同平臺(tái)上驗(yàn)證產(chǎn)出的“最大公約數(shù)”，實(shí)現(xiàn)數(shù)字驗(yàn)證中的智能激勵(lì)移植也是PSS一個(gè)重要的考量。

然而，PSS驗(yàn)證生態(tài)，也需要越來越豐富的共性場(chǎng)景模型庫(kù)的支持，并呼喚強(qiáng)有力的底層工具支撐。

GalaxPSS讓芯片驗(yàn)證更加省時(shí)省力

PSS吹響了革新的前奏，EDA廠商則看到了其中新的技術(shù)路徑，一系列應(yīng)用新標(biāo)準(zhǔn)的EDA產(chǎn)品，在預(yù)告中踩著鼓點(diǎn)登場(chǎng)。2021年11月，芯華章基于Accellera PSS標(biāo)準(zhǔn)和高級(jí)驗(yàn)證方法學(xué)，發(fā)布新一代場(chǎng)景驗(yàn)證工具穹景(GalaxPSS)。
Accellera是一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，專注于全球系統(tǒng)、半導(dǎo)體及設(shè)計(jì)工具公司開發(fā)及使用的自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。作為Accellera PSS標(biāo)準(zhǔn)工作組成員之一，芯華章的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)在PSS協(xié)議制定、討論和發(fā)布時(shí)，將團(tuán)隊(duì)對(duì)協(xié)議的深刻理解，融入到芯華章場(chǎng)景驗(yàn)證工具GalaxPSS研發(fā)當(dāng)中，并始終密切地保持工具和協(xié)議的一致性和合規(guī)性。
得益于對(duì)當(dāng)前驗(yàn)證痛點(diǎn)的深刻把握，芯華章的場(chǎng)景驗(yàn)證系統(tǒng)“對(duì)癥下藥”，致力于解決以下兩大問題：

1

構(gòu)建全面完備的SoC測(cè)試場(chǎng)景

通過解析用戶構(gòu)建的激勵(lì)場(chǎng)景模型，GalaxPSS工具可以按照用戶測(cè)試目標(biāo)生成大規(guī)模的隨機(jī)場(chǎng)景，這些場(chǎng)景能夠滿足在復(fù)雜設(shè)計(jì)條件下的SoC驗(yàn)證，通過PSS靜態(tài)覆蓋率以及用戶仿真階段的實(shí)時(shí)功能覆蓋率分析，進(jìn)一步提升模型場(chǎng)景描述準(zhǔn)確度和覆蓋面，從而保證驗(yàn)證的完備性。

GalaxPSS 支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)DSL語(yǔ)言的建模，通過解約數(shù)，翻譯建模場(chǎng)景，生成C case提供給CPU進(jìn)行場(chǎng)景測(cè)試。DSL語(yǔ)言不僅有類似硬件結(jié)構(gòu)性描述語(yǔ)法，也具備類似SV的面向?qū)ο蟮能浖Z(yǔ)言特點(diǎn)，并提供了一定的場(chǎng)景自動(dòng)推導(dǎo)（automatic inference）功能，使得建模非常靈活智能。它不僅可以涵蓋傳統(tǒng)驗(yàn)證語(yǔ)言的測(cè)試激勵(lì)生成，還可以自動(dòng)擴(kuò)展出驗(yàn)證工程師很難想到的測(cè)試場(chǎng)景。整體上來說，這可以極大程度上緩解過往嚴(yán)重依賴于工程師手工構(gòu)造測(cè)試用例的局限性。

2

賦能多平臺(tái)交互驗(yàn)證

驗(yàn)證不單單是只在仿真器上測(cè)試，還需要考慮FPGA驗(yàn)證、硬件加速仿真和后續(xù)流片后的板級(jí)性能測(cè)試。

GalaxPSS生成的代碼具備可移植性，能夠支持多平臺(tái)的靈活應(yīng)用，根本原理在于它的輸入可以是簡(jiǎn)單的DSL語(yǔ)言，或者C/C++，通過產(chǎn)品的功能描述指定一個(gè)統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)格式的翻譯，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)行為模型，輸出則可以按照用戶的選擇來定，從而實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證用例在垂直復(fù)用和跨平臺(tái)復(fù)用上的連續(xù)性。比如，客戶需要運(yùn)行在軟件仿真平臺(tái)，GalaxPSS就能夠按需求生成SV或者UVM的代碼；如果客戶需要SoC系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)行環(huán)境，工具也可以按照要求生成C/C++的代碼，并由用戶加載到SoC的CPU上運(yùn)行。

總之，針對(duì)目前和將來復(fù)雜的驗(yàn)證場(chǎng)景，GalaxPSS都可以生成不同形態(tài)、適配多種驗(yàn)證環(huán)境的測(cè)試用例，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一場(chǎng)景建模下，測(cè)試激勵(lì)跨平臺(tái)、可復(fù)用、自動(dòng)化、智能化自回歸，從而確保適用在軟件仿真、硬件仿真、FPGA原型驗(yàn)證，甚至系統(tǒng)驗(yàn)證上，提供從單一平臺(tái)驗(yàn)證到多平臺(tái)的交互驗(yàn)證，有效解決驗(yàn)證環(huán)節(jié)中工具碎片化的問題。

場(chǎng)景驗(yàn)證工具GalaxPSS的廣泛應(yīng)用

針對(duì)具備PSS 模型建模能力的用戶，芯華章GalaxPSS可以做作為模型解析器，定義統(tǒng)一的測(cè)試激勵(lì)，支持生成可適配UVM驗(yàn)證環(huán)境的SystemVerilog測(cè)試用例、可適配SoC層級(jí)的C/C++測(cè)試用例等豐富的驗(yàn)證用例。同時(shí)，芯華章技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于對(duì)共性驗(yàn)證難點(diǎn)的深刻理解，開發(fā)了一系列基于DSL語(yǔ)言的驗(yàn)證場(chǎng)景模型，包括SoC多核互聯(lián)驗(yàn)證場(chǎng)景模型、AMBA總線子系統(tǒng)驗(yàn)證場(chǎng)景模型等，支持用戶可擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果正確性檢查。
使用過程中，GalaxPSS可提供圖形用戶界面，支持場(chǎng)景模型-測(cè)試用例-仿真Log文件三方聯(lián)動(dòng)信息定位，操作簡(jiǎn)單友好。

針對(duì)Cache一致性測(cè)試的圖形化調(diào)試窗口
多核處理器公司的一個(gè)共性驗(yàn)證難點(diǎn)是多核互聯(lián)驗(yàn)證，以此驗(yàn)證需求為例，我們接下來介紹一下工具的使用流程：

1

激勵(lì)生成

分析需要測(cè)試的場(chǎng)景，通過DSL語(yǔ)言進(jìn)行原子操作（atomic operation）到跨組件的大場(chǎng)景建模。這其中包含了：不同激勵(lì)生成端的行為級(jí)模型，最小顆粒度的場(chǎng)景模型，原子操作之間的邏輯關(guān)系和不同組件的資源管理等。

以緩存一致性的SoC級(jí)驗(yàn)證為例，GalaxPSS根據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)試場(chǎng)景以及邏輯模型，如MOESI協(xié)議，在GalaxPSS模型里構(gòu)造類似的邏輯模型，建立從SoC層級(jí)可以覆蓋到的緩存一致性測(cè)試場(chǎng)景模型，如false sharing、true sharing、原子操作、一致性協(xié)議各個(gè)狀態(tài)覆蓋等。

2

檢查機(jī)制

在建立模型的同時(shí)，會(huì)推算并保存預(yù)期數(shù)據(jù)，C用例在運(yùn)行的過程中會(huì)實(shí)時(shí)檢查讀回來的數(shù)據(jù)是否跟預(yù)期相等，并將結(jié)果寫入到一片指定的存儲(chǔ)器中。在讀寫存儲(chǔ)器的總線上掛上監(jiān)視器（monitor），將監(jiān)測(cè)到的結(jié)果在仿真日志（simulation log）中打印出來。

3

用例完備性

在模型中會(huì)增加靜態(tài)的覆蓋率收集，例如緩存一致性相關(guān)的模型中會(huì)有針對(duì)每一條緩存行的覆蓋情況，對(duì)一致性協(xié)議每個(gè)狀態(tài)的覆蓋情況進(jìn)行收集，給出覆蓋率數(shù)據(jù)。用戶進(jìn)而獲得當(dāng)前模型的場(chǎng)景覆蓋度，并根據(jù)和驗(yàn)證目標(biāo)的差距，做出相應(yīng)的增強(qiáng)模型或者修改約束。

4

與環(huán)境的耦合

從C的domain到SV domain或者與芯片run time產(chǎn)生耦合，其中一個(gè)解決方案是把監(jiān)視器掛在讀寫存儲(chǔ)器的總線上，根據(jù)客戶的具體設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。一些函數(shù)需要用匯編實(shí)現(xiàn)，這也依賴于客戶使用的指令集。同時(shí)，run time的交互也需要與環(huán)境的成功耦合進(jìn)行。

得益于強(qiáng)大的復(fù)雜場(chǎng)景求解能力與跨平臺(tái)、可復(fù)用的測(cè)試激勵(lì)生成機(jī)制，GalaxPSS在解決測(cè)試場(chǎng)景一致性方面擁有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，也因此具備廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

• IP Level：利用基礎(chǔ)原子操作，打造各種IP級(jí)完備可復(fù)用測(cè)試場(chǎng)景

• Sub-System：復(fù)用IP級(jí)的測(cè)試場(chǎng)景，快速構(gòu)建相對(duì)復(fù)雜的智能測(cè)試場(chǎng)景

• SoC Level：場(chǎng)景的有效隨機(jī)率和覆蓋率，比傳統(tǒng)驗(yàn)證方式大大提升

• Post-Silicon：在系統(tǒng)芯片上測(cè)試真實(shí)的隨機(jī)場(chǎng)景，分析芯片的性能和功耗

芯華章產(chǎn)品和業(yè)務(wù)規(guī)劃總監(jiān)黃武表示：

“GalaxPSS場(chǎng)景驗(yàn)證不僅僅是一個(gè)單點(diǎn)工具，它將利用融合工具提供的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括覆蓋率、調(diào)試器和參考設(shè)計(jì)，為用戶提供高效的測(cè)試場(chǎng)景，降低對(duì)工程師手工編寫測(cè)試場(chǎng)景的經(jīng)驗(yàn)依賴，提高復(fù)雜SoC芯片的功能覆蓋率，有效地解決當(dāng)前越來越復(fù)雜的SoC驗(yàn)證挑戰(zhàn)。”

/特別鳴謝本文技術(shù)指導(dǎo)/
芯華章科技軟件技術(shù)總監(jiān)高世超芯華章科技資深研發(fā)工程師吳惠平芯華章科技資深研發(fā)工程師葛亮