摘 要：為了能使IP在不同的系統(tǒng)中被重用，通常將IP參數(shù)化。參數(shù)的廣泛使用一方面給IP重用帶來(lái)方便，另一方面大量的參數(shù)又將給IP認(rèn)證、驗(yàn)證和集成帶來(lái)新的問(wèn)題。針對(duì)IP參數(shù)化帶來(lái)的問(wèn)題提出一種新的遞交方法，首先基于參數(shù)及其相互依賴(lài)關(guān)系，對(duì)大量的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一描述，再構(gòu)成參數(shù)域值圖PDG將參數(shù)空間分為多個(gè)正交的有效子空間。依靠PDG，用戶(hù)進(jìn)行參數(shù)檢查所需要的測(cè)試向量條件可以自動(dòng)產(chǎn)生，而且也可以獲取驗(yàn)證環(huán)境的約束條件，收集、分析功能覆蓋率的數(shù)據(jù)，減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的驗(yàn)證工作。



關(guān)鍵詞：IP；依賴(lài)性；參數(shù)域值圖；知識(shí)產(chǎn)權(quán)；片上系統(tǒng)；功能覆蓋率

中圖分類(lèi)號(hào)：TN368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)11-179-02

Model of Extracting IP Minimum Parameter Space



XU Chunxia1，LU Xueping2

(1.Zhejiang Industry Polytechnic College，Shaoxing，312000，China;2.Shaoxing University，Shaoxing，312000，China)



Abstract：In order to be reused in different applications Intellectual Properties (IP) are usually parameterized.The extensive use of parameters enables users to customize IP to their needs in different applications.On the other hand，a large number of parameters imposes new problems during IP qualification，verification and integration.This article gives an overview of the present work in the addressing problems due to IP parameterization.On the basis of a formal description of parameters and their interdependences so-called Parameter Domain Graphs (PDG) are constructed.Relying on PDG，testbench components for assertion-based parameter checking are automatically generated.Furthermore，generation constraints for verification environments are derived，collection and analysis of functional coverage data are implemented.The verification effort during the design of system is reduced.



Keywords：IP;interdependences;parameter domain graph;intellectual property;SoC；functional coverage

1 引 言

硅工藝的發(fā)展允許工廠(chǎng)制造日益復(fù)雜的系統(tǒng)芯片，但是隨著產(chǎn)品的多樣化和產(chǎn)品周期的縮短，有限的人力資源已經(jīng)不可能使任何設(shè)計(jì)都從頭開(kāi)始，惟一的方法只有重用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的IP。

在系統(tǒng)驗(yàn)證過(guò)程中，設(shè)計(jì)者通常采用自底向上的方法先從模塊驗(yàn)證著手，雖然通常的IP說(shuō)明書(shū)中對(duì)所有參數(shù)以及他們的取值范圍都有文字描述甚至提供測(cè)試向量，但這些都不能解決問(wèn)題，由于參數(shù)之間的相互依賴(lài)性，他們之間的有些組合是無(wú)效的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不了解參數(shù)間的相互關(guān)系也不能檢查配置的有效性，只能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前依賴(lài)IP輸入/輸出行為對(duì)IP的覆蓋率進(jìn)行隨機(jī)驗(yàn)證^[1]，或者利用所有的參數(shù)組合進(jìn)行直接驗(yàn)證，因此，IP設(shè)計(jì)者能夠提供一份明確體現(xiàn)測(cè)試功能點(diǎn)的優(yōu)化參數(shù)分布模型，使用戶(hù)能從復(fù)雜的參數(shù)集合中輕松提取有效的參數(shù)配置是必要的。

2 參數(shù)空間

在RTL層，IP參數(shù)分為2種，靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)用來(lái)改變?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)參數(shù)一般存儲(chǔ)在寄存器中或者用輸入引腳的值來(lái)改變?cè)O(shè)計(jì)行為。參數(shù)空間可以被理解為所有的動(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)組成的一個(gè)集合。如果一個(gè)IP有p1，…，pn個(gè)參數(shù)，則參數(shù)空間可以描述為：



P=p1×p2×…×pn



假設(shè)每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的取值范圍定義為R1，R2，…，Rn，則所有的參數(shù)組合數(shù)為：



|p|=∏[DD(]n[]j=1|Ri|



|Ri|指參數(shù)Pi可取值的個(gè)數(shù)。

通過(guò)限制參數(shù)到特定的范圍或常數(shù)值，同時(shí)允許其他參數(shù)可取有效范圍內(nèi)的任意值，可以將參數(shù)空間劃分為多個(gè)子空間。如果隨意選擇參數(shù)組合，那么用來(lái)仿真的一些子空間將會(huì)出現(xiàn)重迭，導(dǎo)致多個(gè)仿真組合實(shí)際屬于同一種情況，而且不加選擇地進(jìn)行參數(shù)分配也會(huì)出現(xiàn)組合無(wú)效的情況。

為了防止驗(yàn)證無(wú)效的配置從而減少驗(yàn)證工作，參數(shù)空間必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：

(1) 無(wú)效的組合完全從參數(shù)空間中去除;

(2) 僅有不重迭的有效子空間。

因此，本文基于參數(shù)域^[2]提出了一種既能完整描述參數(shù)以及他們之間的相互依賴(lài)性又能準(zhǔn)確、容易提取有效參數(shù)空間的方法。

3 構(gòu)建參數(shù)域值圖PDG

在文獻(xiàn)［3］中提出了一種語(yǔ)言文件格式來(lái)統(tǒng)一描述參數(shù)及其相互依賴(lài)關(guān)系，對(duì)每個(gè)模塊的參數(shù)描述包括4個(gè)基本項(xiàng)目：參數(shù)類(lèi)型聲明，分為靜態(tài)參數(shù)、寄存器動(dòng)態(tài)參數(shù)、輸入引腳3種；參數(shù)取值范圍定義，分為連續(xù)和離散2種情況；參數(shù)間取值相互依賴(lài)關(guān)系；參數(shù)間的關(guān)聯(lián)約束表示參數(shù)間的數(shù)值大小關(guān)系。所有的參數(shù)說(shuō)明項(xiàng)目放在一個(gè)列表中，如果同一個(gè)模塊中有多個(gè)完全獨(dú)立的功能塊，那么可以將這些參數(shù)在多個(gè)獨(dú)立的列表中進(jìn)行定義說(shuō)明。

對(duì)IP用戶(hù)來(lái)講，要從這些參數(shù)說(shuō)明中提取有效參數(shù)配置的工作量還是很大?；谶@種描述方法提出一種PDG(Parameter Domain Graph)模型來(lái)描述參數(shù)空間。

在PDG中，用樹(shù)的節(jié)點(diǎn)和邊來(lái)組成參數(shù)域。參數(shù)是用具有名稱(chēng)的節(jié)點(diǎn)來(lái)表示的，每條邊起始于某個(gè)具有合法取值的指定參數(shù)，每條邊的終節(jié)點(diǎn)與這條邊上的任何參數(shù)取值都沒(méi)有沖突。PDG中從根部節(jié)點(diǎn)開(kāi)始到葉子節(jié)點(diǎn)的每一枝代表一域。PDG是在參數(shù)的相互依賴(lài)性基礎(chǔ)上構(gòu)建起來(lái)的，同時(shí)也最能體現(xiàn)參數(shù)間的相互依賴(lài)性，在PDG中用下面的方法來(lái)處理參數(shù)間的兩種關(guān)系。

(1) 當(dāng)參數(shù)X取一定的值時(shí)，參數(shù)Y的取值對(duì)IP的輸出行為沒(méi)有影響，定義為Y與X的這個(gè)集合沖突，則Y不會(huì)出現(xiàn)在這條參數(shù)域中。

(2) 只有當(dāng)X取一定的值時(shí)，參數(shù)Y的取值才會(huì)對(duì)IP的輸出行為產(chǎn)生影響，定義為Y需要X，則Y會(huì)出現(xiàn)在X取此值的參數(shù)域中。

PDG中每一域都代表一些參數(shù)分配的有效組合，并且這些組合在參數(shù)空間是惟一存在的。PDG相當(dāng)于所有域的集合，將參數(shù)空間劃分為多個(gè)正交的子空間并去除無(wú)效的配置。如果模塊可以劃分為多個(gè)獨(dú)立的功能塊，那么對(duì)應(yīng)可以將PDG分為多個(gè)獨(dú)立的部分。因此如果從PDG中選擇參數(shù)分配來(lái)進(jìn)行仿真，他們的有效性是可以保證的，并且不會(huì)出現(xiàn)重迭，即PDG呈現(xiàn)了IP模塊的最小參數(shù)空間。

假設(shè)某IP模塊test有osrate，parity，word，length四個(gè)參數(shù)，且這四個(gè)參數(shù)的取值范圍及相互依賴(lài)關(guān)系如下：

Osrate為整數(shù)類(lèi)型，有三種取值情況4，8，16 ；

Parity為整數(shù)類(lèi)型，有三種取值情況0，1，2；

word、length都為整數(shù)類(lèi)型，取值范圍為1~8；

test模塊可以劃分為兩個(gè)獨(dú)立的功能模塊，osrate與length構(gòu)成一個(gè)子功能fun2；parity，word，length構(gòu)成另一個(gè)子功能fun1，且當(dāng)parity的取值為0時(shí)，word的取值對(duì)IP模塊的輸出行為沒(méi)有影響。

此時(shí)，根據(jù)參數(shù)域的定義，我們可以創(chuàng)建test的PDG模型，這個(gè)模塊的參數(shù)域值圖如圖1所示。

圖1 IP模塊test的參數(shù)域值圖

在圖1中，根據(jù)IP模塊test兩個(gè)獨(dú)立的功能，PDG分為兩部分，共由4條正交參數(shù)域組成IP模塊的最小參數(shù)空間，其中parity取值為0時(shí)，word與parity沖突，因此word不出現(xiàn)在這條參數(shù)域中，按照參數(shù)空間的計(jì)算方法計(jì)算每條參數(shù)域的參數(shù)配置數(shù)，可以得到IP模塊test最小的參數(shù)空間:



|Pmin|=|Pfun1|+|Pfun2| 

=|DParity=0|+|Dparity=1|+

|Dparity=2|+|Pfun2|

=8+64+64+24=160



而根據(jù)經(jīng)典的計(jì)算方法，IP模塊test的參數(shù)空間:



|P|=∏[DD(]i=n[]i=1[DD)]|Ri|

=|Rosrate|#8226;|Rparity|#8226;|Rword|#8226;|Rlength|

=3×3×8×8=576



相比之下參數(shù)空間縮小了72%，在參數(shù)多且參數(shù)間依賴(lài)關(guān)系復(fù)雜的情況下，基于PDG模型的參數(shù)描述更顯簡(jiǎn)潔，參數(shù)空間縮小的比例也更大。

4 結(jié) 語(yǔ)

PDG模型既縮小了參數(shù)空間又保證了所有參數(shù)配置的有效性，而且PDG明確體現(xiàn)了模塊的驗(yàn)證功能點(diǎn)，如果采用PDG模型中的參數(shù)配置進(jìn)行IP覆蓋率驗(yàn)證，既可以彌補(bǔ)利用隨機(jī)測(cè)試矢量難以覆蓋的測(cè)試漏洞，也減少了由大量參數(shù)組合成測(cè)試矢量的直接測(cè)試帶來(lái)的繁瑣工作量，因此在IP產(chǎn)品化^[4]的過(guò)程中，將IP模塊的PDG模型隨設(shè)計(jì)文件作為交付項(xiàng)，從中提取的參數(shù)配置將會(huì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中保證IP驗(yàn)證過(guò)程的快速性、有效性。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］劉勁松，林濤.整合多IP的SOC芯片驗(yàn)證的挑戰(zhàn)和思路［J］.中國(guó)集成電路，2005(12)：32-37.



［2］Jerinic V，Muller D.Shrinking the Parameter Space of IP Utilizing Parameter Domains.International Workshop on IP-based SOC Design Grenoble，F(xiàn)rance，2002.



［3］ Jerinic V，Muller D.Splitting the Parameter Space into orthogonal Parameter Domains.IPQ Workshop Paderbon，Germany，2001.



［4］牛風(fēng)舉.芯片設(shè)計(jì)中的IP技術(shù)［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，2001，26(10):21-25，32.



［5］Givargis T，Vahid F.Parameterized System Design.IEEE/ACM International Workshop on Hardware/Software Codesign，CODES，2000.



［6］Ascia G，Catania V，Palesi M.Design Space Exploration Methodologies for IP-based System-on-a-Chip.IEEE International Symposium on Circuits and Systems ISCAS，2002.



［7］Nandi A，Marculescu R.System-Level Power/Performance Analysis for Embedded Systems Design.DesignAutomation Conference DAC，2001.



［8］Cadence Design Systems Inc.，Verification Cockpit Product Documentation，2002.



［9］Ascia G，Catania V，Palesi M.Design Space Exploration Methodologies for IP-based System-on-a-Chip.IEEE International Symposium on Circuits and Systems ISCAS，2002.



［10］Raghunathan A，Dey S，Jha N K.Register-transfer Level Estimation Techniques for Switching Activity and Power Consumption.International Conference on Computer Aided Design ICCAD，1996.



作者簡(jiǎn)介 徐春霞 女，1981年出生，浙江諸暨人，大學(xué)助教，在讀碩士研究生。主要研究方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)。

盧雪萍 女，1976年出生，湖北應(yīng)城人，大學(xué)講師，碩士。主要研究方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)，EDA技術(shù)等。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。