早在5年前，人們便預(yù)測PSS（Portable Stimulus Standard），將與UVM一樣躋身主流驗證技術(shù)之一。如今面對日益復(fù)雜的系統(tǒng)級芯片驗證，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、測試用例跨平臺復(fù)用等一系列新課題，擺在了芯片驗證工程師面前。被很多業(yè)內(nèi)專家寄予厚望的PSS，因具備自動生成驗證場景、同源化可移植激勵等優(yōu)勢，成為了應(yīng)對新挑戰(zhàn)的有力工具。

為什么PSS成為了新的驗證效率增長點？

如果說過去二十年里，蓬勃發(fā)展的仿真驗證、形式驗證等各種技術(shù)日益成熟，驗證領(lǐng)域逐步統(tǒng)一了驗證方法學(xué)并初步實現(xiàn)了驗證的完備性。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，實現(xiàn)工具創(chuàng)新的問題，從而進一步提高驗證效率。
以SoC級驗證為例，一個典型矛盾是復(fù)雜場景驗證可能需要數(shù)以萬計的C語言測試激勵，但是C語言很難實現(xiàn)靈活的隨機化，過往大部分芯片公司依賴于驗證工程師手寫直接測試用例，這是一個非常龐大的工程，也導(dǎo)致覆蓋率提高緩慢。對設(shè)計的各種功能進行仿真測試時，也需要數(shù)量龐大的驗證用例來提供測試場景。如何把驗證工程師從繁瑣的測試用例逐個開發(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)驗證中，不同驗證層級的現(xiàn)有驗證平臺存在顯著的差異，因此不同平臺的測試用例也是基于不同的編程語言，不同的驗證方法學(xué)開發(fā)的。哪怕同樣是SoC層級的驗證，基于邏輯仿真器和基于硬件仿真系統(tǒng)的測試用例，在芯片公司中往往也是兩個不同的團隊重復(fù)開發(fā)的。業(yè)內(nèi)的普遍共識認為，數(shù)字驗證中的激勵重復(fù)開發(fā)、重復(fù)編譯、碎片化調(diào)試，額外耗費的時間已經(jīng)占據(jù)了總體驗證時間的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、不同平臺上驗證產(chǎn)出的“最大公約數(shù)”，實現(xiàn)數(shù)字驗證中的智能激勵移植也是PSS一個重要的考量。

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

GalaxPSS讓芯片驗證更加省時省力

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)用新標準的EDA產(chǎn)品，在預(yù)告中踩著鼓點登場。2021年11月，芯華章基于Accellera PSS標準和高級驗證方法學(xué)，發(fā)布新一代場景驗證工具穹景(GalaxPSS)。
Accellera是一個國際標準化組織，專注于全球系統(tǒng)、半導(dǎo)體及設(shè)計工具公司開發(fā)及使用的自動化設(shè)計流程的語言標準。作為Accellera PSS標準工作組成員之一，芯華章的核心研發(fā)團隊在PSS協(xié)議制定、討論和發(fā)布時，將團隊對協(xié)議的深刻理解，融入到芯華章場景驗證工具GalaxPSS研發(fā)當中，并始終密切地保持工具和協(xié)議的一致性和合規(guī)性。
得益于對當前驗證痛點的深刻把握，芯華章的場景驗證系統(tǒng)“對癥下藥”，致力于解決以下兩大問題：

1

構(gòu)建全面完備的SoC測試場景

通過解析用戶構(gòu)建的激勵場景模型，GalaxPSS工具可以按照用戶測試目標生成大規(guī)模的隨機場景，這些場景能夠滿足在復(fù)雜設(shè)計條件下的SoC驗證，通過PSS靜態(tài)覆蓋率以及用戶仿真階段的實時功能覆蓋率分析，進一步提升模型場景描述準確度和覆蓋面，從而保證驗證的完備性。

GalaxPSS 支持國際標準DSL語言的建模，通過解約數(shù)，翻譯建模場景，生成C case提供給CPU進行場景測試。DSL語言不僅有類似硬件結(jié)構(gòu)性描述語法，也具備類似SV的面向?qū)ο蟮能浖Z言特點，并提供了一定的場景自動推導(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)驗證語言的測試激勵生成，還可以自動擴展出驗證工程師很難想到的測試場景。整體上來說，這可以極大程度上緩解過往嚴重依賴于工程師手工構(gòu)造測試用例的局限性。

2

賦能多平臺交互驗證

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

GalaxPSS生成的代碼具備可移植性，能夠支持多平臺的靈活應(yīng)用，根本原理在于它的輸入可以是簡單的DSL語言，或者C/C++，通過產(chǎn)品的功能描述指定一個統(tǒng)一的、標準格式的翻譯，實現(xiàn)同一個行為模型，輸出則可以按照用戶的選擇來定，從而實現(xiàn)驗證用例在垂直復(fù)用和跨平臺復(fù)用上的連續(xù)性。比如，客戶需要運行在軟件仿真平臺，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)級的運行環(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上運行。

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

場景驗證工具GalaxPSS的廣泛應(yīng)用

針對具備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)一的測試激勵，支持生成可適配UVM驗證環(huán)境的SystemVerilog測試用例、可適配SoC層級的C/C++測試用例等豐富的驗證用例。同時，芯華章技術(shù)研發(fā)團隊基于對共性驗證難點的深刻理解，開發(fā)了一系列基于DSL語言的驗證場景模型，包括SoC多核互聯(lián)驗證場景模型、AMBA總線子系統(tǒng)驗證場景模型等，支持用戶可擴展的動態(tài)測試結(jié)果正確性檢查。
使用過程中，GalaxPSS可提供圖形用戶界面，支持場景模型-測試用例-仿真Log文件三方聯(lián)動信息定位，操作簡單友好。

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

1

激勵生成

分析需要測試的場景，通過DSL語言進行原子操作（atomic operation）到跨組件的大場景建模。這其中包含了：不同激勵生成端的行為級模型，最小顆粒度的場景模型，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級驗證為例，GalaxPSS根據(jù)對應(yīng)的測試場景以及邏輯模型，如MOESI協(xié)議，在GalaxPSS模型里構(gòu)造類似的邏輯模型，建立從SoC層級可以覆蓋到的緩存一致性測試場景模型，如false sharing、true sharing、原子操作、一致性協(xié)議各個狀態(tài)覆蓋等。

2

檢查機制

在建立模型的同時，會推算并保存預(yù)期數(shù)據(jù)，C用例在運行的過程中會實時檢查讀回來的數(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器中。在讀寫存儲器的總線上掛上監(jiān)視器（monitor），將監(jiān)測到的結(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)的模型中會有針對每一條緩存行的覆蓋情況，對一致性協(xié)議每個狀態(tài)的覆蓋情況進行收集，給出覆蓋率數(shù)據(jù)。用戶進而獲得當前模型的場景覆蓋度，并根據(jù)和驗證目標的差距，做出相應(yīng)的增強模型或者修改約束。

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，其中一個解決方案是把監(jiān)視器掛在讀寫存儲器的總線上，根據(jù)客戶的具體設(shè)計來實現(xiàn)。一些函數(shù)需要用匯編實現(xiàn)，這也依賴于客戶使用的指令集。同時，run time的交互也需要與環(huán)境的成功耦合進行。

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

• IP Level：利用基礎(chǔ)原子操作，打造各種IP級完備可復(fù)用測試場景

• Sub-System：復(fù)用IP級的測試場景，快速構(gòu)建相對復(fù)雜的智能測試場景

• SoC Level：場景的有效隨機率和覆蓋率，比傳統(tǒng)驗證方式大大提升

• Post-Silicon：在系統(tǒng)芯片上測試真實的隨機場景，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場景驗證不僅僅是一個單點工具，它將利用融合工具提供的獨特優(yōu)勢，包括覆蓋率、調(diào)試器和參考設(shè)計，為用戶提供高效的測試場景，降低對工程師手工編寫測試場景的經(jīng)驗依賴，提高復(fù)雜SoC芯片的功能覆蓋率，有效地解決當前越來越復(fù)雜的SoC驗證挑戰(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