【DVCon-US-2020】以接口为中心的软硬件协同SoC验证仿真加速

2022-11-10 339

版权

本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献，版权归原作者所有，阿里云开发者社区不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，填写侵权投诉表单进行举报，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

简介： 【DVCon-US-2020】以接口为中心的软硬件协同SoC验证仿真加速

论文概述

前几日讲了一种基于UVM的集群级测试平台（CLT）硬件加速方法，文中采用了信号级的加速，并表示可以采用事务级传输来进一步提速——这不，讲优化方案的论文就来了

本文题目是 Interface Centric UVM Acceleration for Rapid SOC Verification，作者是三星电子的几位韩国验证工程师。本文提出了一种以接口为中心的、基于事务级的UVM加速方案，来加速SoC验证，仿真速度提升了30多倍。

真真是你方唱罢我登场，两篇论文在所采用的方法上衔接是如此丝滑顺畅，而且是在同一届会议上。若不是一个在印度Intel，一个在韩国Sumsung，我都要怀疑这两篇是不是同一个team发了两篇文章。幸亏没有放在一个session里，不然开会的时候也怪尴尬的。

研究目的

片子越做越大，仿真耗时越来越长，有钱人家便用上了emulation来加速仿真。有钱也不能放肆，原来simulation用的UVM那一套能复用就复用，改改用在emulation上也不错。

在 simulator+emulator软硬件协同验证SoC的方案中，常用的做法是把众多的验证组件放在软件一侧。这样一来，在硬件平台和软件平台之间需要频繁地通信以进行软硬件同步，占用了大量的仿真时间。

解决软硬件平台之间频繁通信降低仿真效率、增加仿真耗时的问题，便是本文的目的。

新方法

为了加快软硬件协同仿真平台的仿真速度，本文较新颖的点主要有两点：

采用了基于transaction的事务级加速方案；（非首次，参考文献[1][2]有类似概念）

提出了一种以接口为中心的UVM加速方案，把大量的验证组件移植为可综合的interface中，并部署到emulator上去跑。

除此以外，本文还开发了一系列的通用接口库，便于复用，加快移植速度。

采用本文提供的方案，仿真速度提升了30倍有余。🐂

基于事务的加速

相较于之前基于信号的加速（SBA，Signal Based Acceleration，图1a），本文的加速方案是基于transaction的、事务级的加速（TBA，Transaction Based Acceleration，图1b）。本文做了一个实验，采用SBA方案的SoC验证，软硬件通信占用了emulation整个仿真时间的70%多，TBA方案软硬间通信只占30%，TBA加速效果更明显。

图1 Previous UVM environment for SOC verification

为什么事务级通信加速更明显呢？

采用SBA方案时，为了正确驱动DUT，软件需要严格按照时序驱动多根信号线，还需要监测DUT反馈的信号进行check等。采用TBA方案时，由于相关驱动和监测模块做到了DUT接口部分，软件只需要发送简单的控制信号给DUT，DUT接口处的相关组件驱动DUT。之前需要长篇大论才能解释清楚的工作，现在现在一个眼神就心知肚明了，速度当然快了。

以接口为中心的UVM加速

以接口为中心的UVM加速环境示意图如图2所示。

UVM软件层面，把monitor、scoreboard、checker等工作从agent挪到interface里来完成；

硬件层面，在DUT接口处实现跟UVM monitor、scoreboard、checker等功能相同的、可综合的组件。

图2 Interface centric UVM Acceleration environment

TB移植

SoC验证软硬件接口

为了减少软硬件通信，硬件希望把接口部分放在硬件侧；为了开启增量编译，软件希望把接口部分放在软件侧，这样不用每次都编译完整的RTL。如何兼顾两者呢？本文把所有子系统的接口例化集中放在同一个接口文件 intf_inst.sv 中，用 EMULATION 这个宏决定吃不吃intf_inst.sv，在软硬件编译的时候都编译一次。如图3所示。

图3 Implementation of Interfaces

通用接口库

为了加速移植，本文开发了部分通用接口库。

以simulation环境的 repeat(cycle_delay) @(posedge aclk) 为例，本文详细解释了如何用通用接口库来实现替换的。原有的repeat方式，每个clk cycle都要进行软硬件同步。本文在interface的task实现相同的功能，软件调用task的方式，只需要start和result两次软硬同步就可完成repeat相同的功能。具体不作赘述，请看图4、图5自行品味。

图4 Example of using Common Interface Library

图5 waitClock Implementation for Concurrent Access of wait_posedge task

Emulation 加速

可综合的验证组件

为了打造一个适用于simulation和emulation的快速验证环境，原来simulation既有的monitor、checker、scoreboard等组件转换为可综合的形式，并移驾到Interface中。不同于典型的RTL写法，emulation中支持可综合的for/while等语法，便于code移植。

基于FIFO的软硬件通信

把原来simulation既有的monitor、checker、scoreboard等组件全部转换为可综合的形式，工作量也是不小。尤其是对于C model的情况，C不可综合，总不能把C model用RTL重写一边吧。这时怎么办？本文还是继续用C model，通信的数据放在FIFO里，Emulator工具支持软硬件间通过FIFO通信，等FIFO快空/满的时候再填/搬数据，聚零为整，也是能够大大减少软硬件通信次数的。