深度解析Portable Stimulus：UVM集成

将便携式刺激标准（Portable Stimulus Standard，PSS）功能与通用验证方法学（UVM）集成在一起不同于将两种语言进行集成。

在我们之前的专栏中，Aileen Honess提供了这样一个背景，说明为什么那些使用通用验证方法学（UVM）和SystemVerilog的团队会希望通过增加Portable Stimulus来扩展他们的验证方法。通过结合不仅理解组合约束而且理解设计时间方面的约束求解器，可以生成针对特定验证意图的更有效的测试。

本博客将列出这种集成的基本策略。需要注意的是，集成Portable Stimulus Standard （PSS）功能并没有对现存的功能产生任何影响，现有的测试平台仍然有效，继续提供相同的覆盖范围。但若在尝试达到理想覆盖水平时碰到问题，或者当希望测试用例被重定向为仿真或被用于芯片启动时，PSS增加的新功能就有用了。

随着时间的推移，对PSS功能的信心逐步增强，您可能会希望更改验证方法以支持PSS生成的测试用例，而不是来自现有UVM环境的简单、随机的测试用例。此外，PSS还提供了新的比对和评估覆盖范围的方法，相信这种方法也更直观。

还有一点需要注意，PSS和UVM的集成与两种语言之间的集成不同。PSS定义了一个利用工具生成测试用例的模型。它是与UVM集成生成的测试用例。这意味着，当谈到集成，就不能使其独立于特定供应商的工具。我会以尽可能通用的语言来描述集成的步骤，其他供应商可能也会有类似的步骤，但自动化的细节或级别可能会有所不同。

集成的六个步骤如下：

1. 识别UVM接口，包括事务级建模（TLM）接口、软件接口和内存。配置工具并集成到UVM。
2. 创建PSS寄存器类型描述。这一步可以通过硬件/软件接口（HSI）的寄存器定义来手工完成，也可以通过转换IP-XACT描述来完成。
3. 识别设计（包括组件、操作、资源等）的整体PSS模型/表示。
4. 提供每个“操作”（action）的详细信息。这些信息根据可合成TLM或软件驱动验证（SDV）测试的可移植基元定义。
5. 编译模型、合成测试用例，并运行UVM仿真。
6. 查看和调试结果，并分析覆盖范围。

下面我们将采用一个非常简单的设计来演示这些概念。该设计源自Breker发布的公共域示例，示例中有两个CPUS、两个UART、一个DMAC和一个AES加密块。

图1：本示例包括两个CPUS、两个UART、一个DMAC和一个AES加密块。（来源：Breker）

每个UART都有一个验证IP（VIP），用于配置和发送/接收数据。此外，每个CPU都开放其由AMBA高级外设总线（APB）VIP驱动的端口。为UART VIP定义TLM事务和TLM端口; 并在TLB模式中为APB VIP定义处理器代理。同时定义存储器资源以供DMAC操作使用。

图2：从Portable Stimulus工具生成的UVM代码。（来源：Breaker）

图3：生成的代码用于将工具中的事务转换为VIP使用的事务，类似于uvm_reg_adapter。（来源：Breker）

图4：生成的trek_sequence等待来自模型的数据，使用上面的代码转换数据，并将其发送给VIP。即该代码用于实现两种类型数据的转换。这里也可以使用用户创建的序列。当监视模块捕获动作或与比对模块一起使用时，反方向也存在类似的代码。（来源：Breker）

步骤2建立了VIP的寄存器和存储器映射。通常情况下，该映射已经以IP-XACT格式定义。IP-XACT是第三方IP模块的通用格式，许多公司也用它来记录其内部IP。如果是这种情况，将采用实用程序执行必要的转换。Breker采用了建议的HSI，HSI在PSS标准第一版中并未获得批准。

三个组件（UART、DMAC、AES）中每个组件的寄存器描述都可以利用随设计发布的IP-XACT文件中的trekhsi轻松创建，而且可以修改字段名称以提高可读性。

图5：UART（hsi_uart.h）的HSI寄存器定义变为hsi :: reg_block。为了便于阅读，原始IP-XACT规范中的字段名称作了修改。（来源：Breker）

步骤3是识别系统组件。该设计中，主要的IP模块是UART、DMA和AES，称为“PSS组件”。每个模块都具有称为“操作”（action）的核心功能，并表示为“PSS操作”。这些模块的关键功能（actions） 可以定义如下：

需要注意的是，首次编写PSS模型时，不一定要定义所有操作。首先，只用定义最重要的，随着验证任务的进展，再定义附加的、次级的操作。这不会对已执行的验证有任何影响，只会造成更多的序列。

为每个计算元素（UART、DMAC、AES）创建资源池。

并使用流对象（FIFO，Reg）和为每个元素创建的相应“池”来定义到块的接口。

最后，PSS锁定对共享资源或独占资源使用的控制。调度程序将利用它来确保不会尝试使硬件同时执行互斥操作。

图6：Breker的TrekDesigner中显示的PSS图表创建了模型。在该模型中，“组件”是绿色框，“操作”是浅蓝色框，“资源”是深蓝色菱形，“锁”是与“操作”相关联的灰色框。“操作”块的输入和输出用蓝色输入/输出端口表示。 （来源：Breker）

Entry操作（顶部）同时安排了两个UART场景，即加密和解密操作。UART场景（左下方）将为DUT选择配置，配置VIP以匹配，同时并行执行多个接收和发送操作。加密和解密操作由DMAC传输（右下）提供。资源锁用于确保同一硬件块上的两个操作不会同时执行。

整个模型的PSS代码均由工具生成。每个生成的动作都有一对//用户代码开始和//用户代码结束标记，标记中间即为动作的详细描述。重新生成模型时，标记间的代码会保留。

本文同步刊登于电子工程专辑杂志2019年7月刊