基于混合建模的 SoC软硬件协同验证平台研究

3 总线功能模型BFM

在上述的验证平台中，BFM模块起着混合建模方法中高层次模型与RTL模型间的转接作用，是验证平台中最为关键的组成部分。下面详细阐述BFM 模块的概念和具体实现。

3．1 BFM及事务级的概念

BFM是与TL(Transaction Level，事务级)的概念分不开的。TL模型是高于RTL模型的一个抽象层次，忽略了RTL模型中具体的信号和时序信息，但是保持RTL模型中模块的框架和模块间数据通信的信息和周期数。TL模型最典型的例子就是符合总线接口协议的模块，例如符合AHB总线接口的一个模块A，模块A的TL模型保持与其 RTL模型相同的模块接口、模块边界以及内部功能，但是其内部功能只是功能性描述，不涉及硬件具体实现；模块的接口则是忽略了AHB总线接口协议的具体信号和相关时序，只关心其总线访问的关键信息，如访问的地址、数据、完成访问所花的周期数等。模型的优点是忽略了硬件具体实现细节，使得模型大大简化，模型的建立和仿真都不复杂，同时又保留了部分RTL模型的特征，使得仿真结果的精确度有一定保证，满足了系统级仿真的需求。

BFM的作用是完成TL和RTL之间的数据同步和交互。简单的来说，BFM一方面完成了将RTL级的总线传输信号抽象为事务级的数据包的作用，封装了总线传输中繁琐的具体时序信息，只将其中的地址、数据等有用信息提取出来，形成TL信息，完成了抽象程度的提升；另一方面，BFM根据特定的接口标准，在TL数据的基础上，补充其缺失的RTL时序、信号信息，还原为RTL数据，即完成抽象程度的下降。因此，BFM与模块接口的标准是紧密结合的，一种 BFM负责一种接口标准的TL和RTL数据的相互转化。下面以我们验证平台中的BFM为例，说明TL数据访问与RTL数据访问之间的对应关系。验证平台中的BFM以AHB总线为接口。

3．2 BFM的具体实现

本文中的BFM可以分为两个组成部分：与SCE-MI协议的接口和与AHB总线的接口。与SCE-MI协议的接口部分完成TL数据的接收和发送。与AHB总线的接口部分完成总线RTL信号的驱动，其实现的关键在于AHB总线协议的信号识别，这里采用有限状态机来检测、控制AHB总线RTL信号，下面给出状态机中控制AHB单周期总线传输的状态机状态转移图。如图3所示，状态HTRANS对应AHB时序图中address phase周期；状态WAIT对应Data Phase；状态SUSPEND对应AHB时钟停止，接收／发送TL数据的状态；状态ERROR对应总线传输出错的情况。



BFM是为了验证的目的而引入的一个额外模块。BFM本身的设计和验证虽然会增加工作量，但是由于BFM作为一个 VIP(Verification IP)，可以在不同的验证流程中得到复用。例如，本验证平台中AHB总线接口的BFM，就可以在不同的使用AHB总线的SoC验证中得到复用，相当于降低了BFM的开发复杂度。BFM遵守SCE-MI协议的规定也正是出于通用性的考虑。

4 实验与结论

为了说明验证平台的可行性和验证的高效性，以一个AC3音频格式解码系统为例，使用混合建模的方法构建其系统级模型并完成了验证。AC3音频解码系统的硬件架构如图4所示，系统采用ARM架构，主要由ARM处理器核、存储器以及解码硬件加速器IP、DAC(Digital to AnalogConverter，数模转换器)构成。采用混合建模的方法，ARM处理器核以及存储器部分在软件方建模，解码加速器IP、DAC则使用 RTL模型，在硬件方建模。实验证明，混合建模的验证平台是可行的，验证速度也在可以接受的范围内。



总的来说，本文介绍的基于混合建模的SoC软硬件协同验证的方法，针对SoC验证挑战中最突出的问题，提出在SoC的设计过程中以混合建模的方式完成SoC整个系统的建模并开始验证，使系统各层次之间的验证平滑过渡，缩短了设计周期；同时也减少了软硬件之间不协调的可能性，避免了大跨度的设计流程的迭代，并且满足了系统级仿真的速度要求，没有影响验证的效率。因此，这种方法对于SoC的验证方法的不断完善有着一定的积极意义。

参考文献

   1. Rashinkar Prakash.Paterson Peter.Singh Leena System-on-a-Chip Verification Methodology and Techniques 2002
   2. 赵刚.侯立刚.刘源.朱修殿.吴武臣 基于 SoC设计的软硬件协同验证方法学 [期刊论文] -微电子学与计算机2006(6)
   3. Xie Fei.Yang Guowu.Song Xiaoyu Component-Based Hardware/Software Co-Verification 2006
   4. Accellera Standard Co-Emulation Modeling Interface Reference Manual Version 1.10 2005
   5. 刘凯.李平.廖永波 基于SCE- MI标准的事务级SoC协同仿效平台设计 [期刊论文] -微电子学2007(5)
   6. Soha Hassoun.Murali Kudlugi.Duaine Pryor A Transaction-Based Unified Architecture for Simulation and Emulation 2005(2)

作者：电子科技大学 冯博凌  李平  王忆文 来源：单片机与嵌入式系统应用 2009（5）