嵌入式系统芯片的软硬件协同仿真环境设计

4 构建基于VMM的软硬件协同仿真平台
在软硬件协同仿真环境中，完全可以采用基于VMM的验证架构，但软硬件协同仿真环境较一般的纯逻辑集成验证环境难度大，主要体现在软硬件协同仿真环境冈为仿真过程中有软件代码在执行，同时验证环境也在执行，因此如何将软件代码和硬件环境协调起来是关键。在仿真过程中，软件和验证环境之间需要建立一种通信机制，如可以通过中断通信，也可以通过某一特殊信号线通信。软硬件协同仿真环境中，某一项功能点的测试常常需要软硬件两条测试用例TC，软件TC需要驱动代码，而一般的集成测试用例不需要软件TC和驱动。典型的VMM的验证架构如图4所示。

验证的总体架构是分层次的，层次化的验证环境具有很好的扩展性和重用性，各个层次完成自己特定的功能。Test层又叫TC层，主要完成数据激励的定义、环境的控制工作。Generator层定义的数据“模板”，产生各种数据激励。Function Layer层完成输入和输出数据激励的收集，进行自动比对。Command Layer层主要按接口时序收发数据，同时将一些底层方法(如数据读写等)进行封装。Signal Layer层主要是完成接口信号连接工作。不同的人关注不同层次，一般的验证人员只需要在Test层工作，编写测试向量。只有搭建环境的验证人员才需了解各个层次。验证架构的层次化降低了验证环境复杂度和环境维护成本，提升了验证效率。

本文基本采用图4的验证环境架构的思路，并在其基础上进行修改，添加相应组件。VMM验证环境架构如图5所示，环境数据流从测试用例Test Case开始，经过数据包产生器Generator和数据处理器Transactor送给BFM处理，BFM把验证环境的抽象层次从信号级抽象到Transaction级，在实现上只做时序转换功能，利于重用。从发送方向看，BFM只负责将接收到的数据发送给DUT；从接收方向看，BFM只负责将接收到的数据发给Transactor，实现任何数据的解析。Monitor抓取接口上的信号，并分析各组控制信号之间的逻辑时序关系，检查其是否满足协议所规定的逻辑时序关系，同时把监测到的数据信号转化为数组送到RM解析。与BFM一样，Monitor只实现时序转换功能，不做数据解析。从Monitor上采样数据再送入RM，是基于重用的角度考虑。参考模型(RM)用于预测数据响应，Check组件将RM的输出数据与被观测响应进行比较。
该验证环境架构还添加断言(Assertion)来提高观察和定位设计问题的能力。断言是检查DUT中信号行为是否正确的观察器，用来描述被预期的特定性质。本文采用的断言为SVA断言语言，可以应用到设计过程的各个阶段，还可以统计功能覆盖率。

5 基于DSM的软硬件协同仿真调试
由于DSM模型在仿真过程中，会将ARM执行的每一步动作打印出来，生成一个log．eis文件，由该文件给出的信息定位问题非常方便，如图6所示。

图中第1列表示程序执行到ARM的第几个时钟周期。第2列是ARM执行的指令类型。第3列的CCFAIL表示条件执行时是否执行，如果条件执行了，则不打印CCFAIL，反之则打印出CCFAIL。第4列是ARM执行的机器码。最后几列是详细的ARM执行的动作，从图中可以看出ARM执行哪一步指令，将哪些数据读写到哪些地址。对应的仿真波形图如图7所示。可以看出，log．eis完整无误地将ARM执行的动作打印了出来。

结语
设计验证是SoC设计的关键技术之一，贯穿整个SoC设计过程。随着SoC技术的发展，软硬件协同验证的效率和正确性对整个SoC设计的影响也越来越大。相比传统的软硬件协同环境，本文介绍的环境速度快，更真实，调试也更加容易。该环境可继承性好，能够为各种SOC项目开发验证所用。