牛人对IC验证的独特理解

正文

本文作者：lshj98115 (EETOP)

原文标题：《我对验证的一些理解》

下面这些问题和回答是基于个人对验证（主要是动态仿真验证）的理解，可能有理解的不到位、理解有偏差的地方，欢迎大家指正。

我是synopsys的用户，所以下面描述的大多是针对synopsys的工具。

Q：验证的目的？
A：发现Bug，发现所有的Bug，或者证明没有Bug

Q：对验证工程师的要求？
Hacker mentality，Organized testing，Tool automation。
  如何做更多的testcase、如何覆盖更多的测试点、如何充分的利用服务器、如何尽可能最大化的自动比对
  强调一下：“注重细节”是验证工程师一个非常非常好的工作习惯。

Q：语言、方法学有多重要？
A：我的观点是：这两个都不重要。做事情的是验证工程师，来源是Spec，所以Testplan（全覆盖testplan）最重要。重要的是验证的意识，愿不愿意去实现H-O-T，即使一开始做的“土”一些也没关系。比如tb里经常要做的“自动比对功能”：

1）维护queue，然后foreach的比较

2）利用file-operation（fopen fread fwrite fscanf）来做文件比对3）直接$system(diff a b>c)以后看c文件大小。上述三种方法都可以（虽然2）会导致比较多的文件IO，硬盘读写会影响仿真速度，

3）不能做实时的比对。不必拘泥于方法，关键是有这个意识。

Q：EDA行业对验证的支持？
A：个人感觉虽然(动态)验证这些年在理论方面的突破不大（静态验证一直是热点），但是EDA行业一直都很重视，实现类的工具主要是在做算法优化，这些年突破不大。但是验证方向上的点工具一直在不停的出（虽然最终可能也没有几个好使的工具），但是说明EDA行业一直在致力于寻求在验证上的突破。而且由于现在做SoC的太多，IP又太多，大家都是越来越重视验证，很多上规模的公司里验证人员较设计人员多不少。个人觉得这可能也是EDA重视验证的一个原因（用牛工具替代掉一些人LL）。

Q：如何跟踪缺陷？
A：可以考虑bug-zillar这类的工具----自动跟踪问题。

Q：作业提交系统（lsf或grid-engine）
A：充分和合理的利用计算资源。

Q：环境变量的管理？
A：个人推荐使用Module工具。很多公司都是用这个免费的工具

Q：Testbench用到的编程语言？
A：我觉得tb里systemverilog和verilog是可以互相替换（当然了，systemverilog特有的内容用verilog来实现会很复杂），所以推荐tb基于systemverilog来搭建，一些仿真模型可以用verilog。C除了Cmodel以外，firmware也会用C和汇编写。

基本上我做过的项目里用到的语言：
脚本：perl、makefile、shell（perl用的很多，其他用的很少）
Tb（包括vmm的组件）：基本是systemverilog
仿真模型：systemverilog和verilog混着用
Cmodel：C或C++
Firmware：汇编和C

Q：验证工程师需要掌握的基本技术？
A：分享一份我做的基本培训内容安排，供参考
Perl，Makefile，AMBA介绍，SVTB.pdf，sva,几种用到的编程语言的File operation ，Low-power，C-pointer，Cshell-AWK+SED，体系结构相关的一些内容，SV-1Day training，VMM_source_code,Arm的嵌入式编程的基本概念

Q：自动化必须吗？
A：不是必须的，但是应该尽量去实现自动化。总之是多让机器跑。如果人均License太少的话，要尽量做到白天debug、晚上让机器跑。“比对”这种事情太机械了，所以尽量让机器做，做这种事情机器的效率比人高太多。把精力放在构造testcase、testbench、coverage以及debug和分析上。

Q：Testplan如何做？
A：形式不重要，xls可以、word也可以、txt的也可以。但是来源于Spec！testplan里除了要罗列function-test-piont，还应该有error-injection和random-test-point以及cover-point和assertion。
需要和各个team仔细逐条review testplan，有些针对具体实现的coverpoint可能只有designer能提出来，需要尽早提出。Tb搭建之前，要充分的review testplan，因为Testplan的较大修改有可能会导致整个testbench的架构调整，effort较大。Testplan是一个需要不停增加，不停迭代、不停review的东西。
Error injection要和RTL-designer逐条review，一个是看看RTL-designer是不是没有想到，一个是设计是不是本身就不允许、或者架构上本身不可能出现。Error-injection应该往深里去好好挖掘。例如：内存控制器长时间不回数据（这里本身是一个随机点）à由于长时间不回数据是否产生错误中断à产生错误中断以后如何响应à响应不过来如何恢复à必须用software reset做恢复的话，对software的时机是否有要求àsoftware前需要遵守什么要求和步骤。
虽然现在有一些工具可以根据规范化描述的testplan自动生成cover-point和assertion，不过我觉得自然语言描述的testplan应该是最“自然”的。

Q：哪些地方做随机？
A：1）随机配置（一般都想得到的），但是对于一个封闭的系统常常是最不重要的，因为firmware可以自己开发，从而控制配置的流程和数值
2）随机激励数据（很重要）
3）随机时序（通常容易被忘记）
 但是有一点要明确：随机不是全随机，是约束随机，是在合理的范围内尽量充分的随机。

Q：写约束随机哪些地方要注意？
A：推荐看snug paper。(over-constraint导致测试不完全，欠约束导致不必要的debug和资源的浪费)约束的效率：写的不好会导致随机失败

Q：Coverage如何做？
A：code-coverage和function-coverage（covergroup,assertion coverage）。对于constraint-random的地方用covergroup做，对于一些时序的coverage可以用 assertion-coverage。

Q：核心脚本？
A：单个仿真的脚本----建立所使用的不同的目录、不同的seed（目录可以叫case_$seed这样的格式；当然对于直接的testcase，可以是case_$casename）；环境变量和license的管理；如果需要做离线比对也可以让脚本来自动调用比对脚本或命令（也可以在tb的代码里使用systemf）。
批量仿真的脚本----自动批量提交到lsf上。自动收集log信息以判断哪些case失败，对于失败的case能自动重新提交，并且自动dump波形。以及产生批量仿真结束以后的汇总信息。

Q：SV中重要的点？
A：特殊的数据类型，比如新增的三种array（动态、associate、queue）、string（match函数、backref函数，参考vcs的svtb.pdf）；面向对象编程思想（handle）；coverage；constraint-random。
 熟练掌握这些语言点的用法很有必要。

Q：VMM1.0够不够？
A：刚开始用1.0来建立起vmm的概念，然后转到1.1或者1.2上。个人觉得不是必须一下子就转到1.1或1.2上（当然，1.1的一些扩展宏的确很好用）。个人建议vmm1.0+1.1的扩展宏+subenv

Q：是否要使用VIP？
A：VIP的使用---复杂仿真模型推荐用VIP，简单的建议自己做。如果自己开发仿真模型的话，也推荐看看VIP的文档，经常可以看到一些有价值的error-injection和random-test-points来完善你自己的testplan。

Q：要不要做门级仿真？
A：如果是走design-service，不知道最终带sdf的netlist仿真是否需要做，如果做的话，最好在release综合后netlist的时候也做一下（插完scan-chain和做完CTS以后有条件也做一下），如果需要VCD文件做power分析和指导PR工具的话，那么门仿是必须做的。 如果design-service公司不负责调量产pattern的话，那么ATPG等的门仿是需要自己做的。
门仿并不是sign-off标准，但是推荐还是做一下，经常还是能跑出问题来的。如果做sdf反标的门仿的话，对于async的多级dff要剔除掉（VCS和NC都有option，vcs可以查手册里“+optconfigfile”,NC查”+nctfile”）。反标Sdf仿真的时候推荐notimingcheckàno_notifyàchecking_timing with optconfigfile的三步走。
前期在评估IP的时候，有可能个别模块可能需要单独搭门级环境，比如CPU-IP有RTL，要自己做flow，那么通常是需要做门仿的（有可能主要是为了跑vcd或saif做power分析）。
Tb的修改：由于CTS和综合的原因，导致时钟名字和信号名字有变化，所以tb有可能要修改。另外，tb里的probe文件建议使用反沿采样，也是为了避免带 sdf反标以后clk踩不到整个data-vector。除此之外，个人不太建议在门仿的时候依然使用自动化的tb。因为你的tb里抓的很多内部信号可能名字变了（或者被优化掉了），这样导致tb在门级跑的时候维护起来有些麻烦。有些信号即便名字不变，可能会反向，这样会导致你的checker误报错。毕 竟在门仿的时候不用跑太多的testcase，可以靠几条和rtl仿真一一对应的仿真来覆盖。门仿毕竟不是为了function，而是为了检查timing。
如果你的设计里用了不带reset的dff的描述，由于开始不定态的传播，可能导致你门仿失败。个人推荐的方法是：如果特别多的话，用脚本找到对应模块里所有dff，产生一个force-release文件（注意：很影响编译时间，所以能不用就不用）

Q：FPGA和仿真如何安排顺序？
A：首先是schedule优先，其次是力所能及。但是原则上是先仿真然后再上FPGA，仿真可以很快的扫清一些基本的bug。给仿真的时间充裕的话，那就仿真尽量往前赶，尽量在上FPGA之前多测一些（不是太多case的情况下，FPGA的测试速度毕竟要快一些）。即便FPGA很着急上，起码也让仿真先用几 条直接testcase调试通过最基本的功能。第一版FPGA可能因为接死、悬空和信号反向导致逻辑被优化掉，这些问题有时候用仿真也不能全发现，就要结 合leda等lint工具。

Q：仿真如何复现FPGA发现的bug？
A：首先保证配置的一致性，可以考虑做一些内部的工具。仿真上要probe寄存器操作端口，FPGA上要能把firmware里的配置流程转成文本。
如果配置一样还是不能发现的话，再去逻辑分析仪上debug时序。当然，CDC的问题在仿真上是看不到的。
个人不建议做FPGA网表的门仿，有点得不偿失。

Q：FPGA不能cover的部分的验证？
A：PAD_Mux（Test_mux）、Clkrst、Power-management-unit以及FPGA跑不到的高频所对应的功能。Clkrst这部分主要就是pllconfig、 clock-gate、divider、soft-and-hard reset，从测试点的角度还是很明确的，RTL代码修改的少的话，可以考虑不用做太复杂的验证（但是clkrst模块里可能会有一些控制逻辑或者状态 机，比如：sdram的切频，这里一般是需要一个状态机控制的，这个需要仔细和小心的验证。）
PAD_mux个人比较推荐使用自动化的流程，因为代码风格非常固定，所以可以用脚本生成RTL和用脚本生成testcase（一般这样的testcase是一堆的force）
PMU建议看看VCS的MVsim的文档，里面介绍的很清晰了。（还是要配合静态验证工具MVRC一起来做）没有MVSim的话，可以考虑用VCS的isolate。

Q：固化的firmware如何验证？
A：个人不建议让仿真去覆盖firmware，但是对于FPGA和ASIC不一样的地方要重点覆盖到。大的流程要覆盖到，其他细节由FPGA保证。

Q：架构评估？
A：我经验也不多，举几个例子。比如你的总线拓扑合理不合理？内存控制器的效率（机制）是否满足你的应用？使用哪类Cache？Cache的大小？模块的FIFO深度够不够（error-injection可以测到）？算法需要多少mips（rvds等工具带的模拟器可以给出结论，但是要让模拟器能考虑到内存access的latency）？软件里如果有不少memcpy的话，要模拟系统运行起来以后memcpy的效率。
如果没有人手专门用ESL（如Carbon的CMS）工具的话，建议在验证平台上做（当然一旦有大问题，要推翻架构会很麻烦）。

Q：哪些资源要节省？
A：当然首先是人（数）要节省，人的成本比起计算资源成本和存储资源成本要大多了。提高技术、提高自动化程度才能节省人的成本。（低Package这种方法属于伤天害理的手段，不是正当途径）
减少硬盘需求（如果有必要）共享simv/simv.daidir csrc(包括regression过程中自动清理磁盘空间)；激励数据是否可以不一下子全产生出来（对于通讯类的比较有意义，由于是floating的激励数据，所以经常很短时间就需要GB的空间）。注意对每个人每个项目设置硬盘quota，避免被个别人撑爆存储。
减少编译次数（soc项目里比较有必要，testcase基于firmware），parallel-compile or separate-compile，vmm-test，在一个testcase里做多个功能点的覆盖，fsdb/vpd的dump层次的改变不要重新编译(fsdb有command，vpd可能得用ucli)。

Q：设计规模大了编译很慢怎么办？
A：有时候设计规模太大导致编译很慢，但是SoC项目很多情况下，功能模块彼此之间是用总线隔开的（即便在功能模块之间有硬件连线也可以考虑用仿真模型来做替代）。在仿真某一个功能模块的时候，可以考虑dummy掉不相关的模块。
但是这就引入了一个新问题“文件列表的维护”。基于这种dummy的思想，文件列表的维护就成了tb里的一个很关键的地方，要尽量避免维护太多的文件列表。 我个人比较推荐利用脚本来自动产生所需要文件列表。除此之外，仿真用的文件列表里我个人比较推荐用绝对路径（避免别人debug的时候出现调错文件的问题，另外可以指定不同的工作目录）。CVS里用相对路径，相对路径转绝对路径的工作由脚本自动完成。

Q：编译还是运行option？
A：为了减少编译的次数，能使用运行的option就使用运行的option。比如使用plusargs plusargs

Q：Assertion谁来写？
A：建议RTL designer和IC验证工程师都写。内部实现细节的描述由RTL-designer自己写，模块之间的时序由IC验证工程师来写。
Assertion的抽象层次有些高，写复杂了有时候极容易出现和你想象不一致的地方。而且如果spec上描述的不清楚，误报assertion-fail也会引入不必要的debug时间。

Q：IC验证工程师要不要看RTL？
A：不是很必要，但是有些设计背景比较强的验证工程师看代码通常能看到一些问题。个人建议还是拿出点时间来review一下RTL code。

Q：自动化的tb搭好了，波形对验证工程师来说还那么重要吗？
A：非常非常的重要。毋庸置疑！！波形是最直接的，checker可能写错，有问题没有报出来。但是没有激励就没有所要的波形信息。

Q：如何重用？
A：reuse可以分为横向和纵向。
横向是指项目之间。这个reuse主要包括：文档和tb、script。
纵向是指同一个项目内，一般是模块级和系统级（包括子系统级）。一般是tb和script。
比如在一个项目中，所有的tb都是用run_sim和regress脚本的，只是带的filelist不同。对于tb来说，driver和generator可能不能reuse，但是一般monitor和scoreboard这类被动接收的一般都可以reuse。而且testcase通常是可以reuse的。
对于SoC类项目，为了保持testcase的一致性，我个人比较倾向于都使用firmware做testcase，这就要求
1）模块的验证也要基于一个（类）soc的tb下验证。
2）cpu-ip要尽量简单，否则cpu会占用太多的仿真资源。个人推荐用iss做cpu-ip，负责配置寄存器。

Q：regression什么时候做？做多少次？
A：tb好了以后，任何时候都可以做。下班后尽量提交regression到lsf里，让机器充分的跑。如果你的环境是random的，那么随机空间实际是很大的（随着random-test-point的增长指数级增长），所以只要seed不同，其实是可以跑到各种各样的情况。

Q：DPI要不要用？
A：有的人很喜欢用DPI，不过我个人不喜欢用。我尽量是把C封装好（自己写wrapper），产生可执行文件，然后在tb里用$systemf来调。不喜欢用DPI的原因主要是因为如果代码里有不太安全的地方（比如C代码里你不是在堆上而是在栈上开了一个大数组，或者C和SV之间的参数传递写法不合理），很容易造成coredump。而且你也不确定到底是SV写的不安全还是C写的不安全。另外，有些大公司的算法源代码是不提供的，只给你一个.o文件，这样coredump了你debug起来会让你有砍人的冲动。
但是不用DPI也带来一些坏处：
1）要自己写一些wrapper之类的代码
2）静态变量处理要小心。举个例子：我是每帧调一次systemf来做比对，某个函数每次比对会被调用一次。函数里的静态变量就没什么静态的意义了。如果不做 修改的话，肯定会出错。一般是要求算法组尽量少用静态变量，非用不可的话，我们会把静态变量改成全局变量，然后让systemf多一个参数。
要说明的是：DPI“天然”的就是tb的一部分。但是我觉得把时间浪费在debug算法C代码的优劣上是一件很不值得的事情（无论什么时候都是schedule优先），当然我也很佩服有些人对任何事情都“精益求精”的态度。
无论用不用DPI，你都可以使用DDD这类debug工具。DDD这种工具在非DPI情况下用起来会更加的得心应手。

Q：Force要不要用？
A：有的人比较抵触用Force-release，觉得如果写的不注意的话，可能会浪费时间（debug或者re-compile）。个人觉得“规定所有人把各自模块的force语句写在一个文件里，然后再被一个统一的force_prj.sv include进去，并且include前要有`ifdef保护起来”应该可以规避掉一些风险。

Q：人手少的情况下怎么做验证？
A：我个人觉得验证不能大包大揽，人手少的话就要更多的靠RTL-designer自己做验证。对于某些模块验证工程师就不要做了，否则陷进去出不来，反而影响了核心模块的验证力度。可以适当的更多依赖FPGA。但是对于核心模块一定要做好验证（比如内存控制器以及FPGA覆盖不到的模块等）

Q：IP要不要验证？
A：首先是去找业界口碑好的IP（个人觉得对数字IP来说silicon-validition一样重要）。人手不够的时候，可以考虑让FPGA多承担一些IP的验证，对于IP里一些FPGA无法cover到的测试功能点，可以考虑用直接testcase的方法覆盖。

Q:Debug到什么程度请designer来debug?
A：首先schedule优先，然后本着“力所能及”的原则，有时间有精力就debug的深入一些，否则checker报错以后，确认一下不是checker误报，就可以先提交给RTL-designer。

Q：遗漏bug怎么办
A：开发过程（FPGA）乃至最终silicon-validition甚至已经产品化后都可能发现遗漏的bug，要重视这些被仿真遗漏掉的bug。要一个一个的做case-analysis，仔细的分析为什么testbench没有抓到这样的问题。而且对于TO以后发现的Bug，要在下一版里重点review，以保证不犯同样的错误。另外，对于每个bug都应该尽量加一条对应的assertion。

Q：验证工程师要不要深入了解自己负责验证的模块？
A：虽然不深入了解，也不影响刚开始的工作，但是要把自己负责的模块吃透的话我觉得是很有必要的，我希望验证工程师能从系统（架构）一直到应用这些层面上都能深入的了解自己负责的模块。

Q：分享的氛围。
A：我个人觉得验证的范围很广，一个人很难把各个方面都搞的很精通。经常的技术讨论和培训是非常有必要的。Team-leader应该营造一个很好的技术分享的氛围。

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推荐的学习材料(For VMM User)
1）svtb.Pdf
2）vmm源代码
3）systemverilog for Verification
4）VCS目录下的文档（包含vmm文档）
5）例子（先把VCS目录下的例子看懂）
6）Snug paper
7）一些资源网站比如verification-guild  EETOP 等等　

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