采用System Verilog語言設計了一種具有層次化結構的可重用驗證平臺，該平臺能夠產生各種隨機、定向、錯誤測試向量，并提供功能覆蓋率計算。將驗證平臺在Synopsys公司的VCS仿真工具上運行，并應用到包交換芯片的仿真驗證中。仿真結果顯示，新設計的驗證平臺能通過修改隨機信號約束條件和產生隨機信號的權重值，使芯片的功能覆蓋率達到100%。隨著集成電路制造工藝技術水平不斷進步，芯片設計規模越來越大，驗證所花費的時間占據了整個產品設計周期的70%，而且隨著設計復雜度的提高呈指數性增加［1］。芯片一次流片的成功率從很大程度上取決于功能驗證是否充分［2］。因此，驗證已經成為制約芯片開發的瓶頸問題。

傳統的驗證平臺主要依賴驗證人員觀察波形的方法進行驗證，驗證效率低，不能滿足當今驗證規模的需求。VMM驗證方法學［3］的出現極大程度上提高了驗證的效率，進而出現了一批借鑒VMM驗證方法學的驗證平臺［4-7］，如參考文獻［4］所設計的驗證平臺就采用了VMM驗證技術。但是其設計的驗證平臺只產生了隨機激勵，驗證時僅使用隨機激勵很難測試到電路的邊界情況，而且驗證過程收斂性差。

為了快速定位設計中的問題及邊界情況，同時提高驗證效率，本文擬采用System Verilog語言，根據VMM驗證方法學中的分層設計思想，搭建一個可重用的驗證平臺，以求同時提供定向測試、受約束的隨機測試和錯誤激勵測試。

1 平臺框架

驗證平臺可分為4層，即測試層、建立層、事務層和物理層，如圖1所示。

（1）物理層：包括被測設計模塊（DUT）集合和電路模型。

電路模型用來與被測代碼進行比較，以實現自檢驗的驗證。采用Verilog語言或者System Verilog語言模擬與設計代碼等價的功能。

（2）事務層：包括激勵產生器、監視器、和覆蓋率統計器等。

激勵產生器的主要功能是驅動DUT和電路模型的接口信號。本平臺的激勵產生器能夠產生定向測試向量、錯誤測試向量和受約束的隨機向量。

監視器的主要功能是監視DUT和電路模型輸出的信號，并對兩者進行比較。當DUT的輸出信號和電路模型的輸出信號不一致時，仿真可能被強迫結束，同時打印出當時出錯的時間和出錯的信號名稱及內容。

覆蓋率統計器的主要功能是根據激勵產生器產生的測試向量、DUT輸出信號以及覆蓋點的要求統計出電路功能的覆蓋概率。覆蓋點是一種有效的驗證機制［8］，它的編寫根據具體的測試對象而定，可以對單個信號進行功能覆蓋率統計，也可以統計多個信號的交叉覆蓋率。

以上介紹了事務的類型，根據不同的測試需求可以創建各種平臺所需的事務，如隨機事務、各種回調函數事務等。

（3）建立層：包括驗證框架的建立和電路初始配置。

驗證框架建立的主要功能是利用事務層的各種事務構建出整個平臺的框架。包括平臺環境的配置及參數的設定；激勵產生器和監視器的句柄定義和對象聲明；與覆蓋率相關的回調函數類的句柄定義和對象聲明；激勵產生器和監視器與回調函數的通信建立。本平臺還研發了面向通信交換設備的配置軟件和專用的圖形界面。

（4）測試層：包括配置文件和測試用例。

在平臺搭建好之后，測試層的主要功能是提供定向測試的測試實例和與DUT相關的一些配置信息。例如對高性能路由器轉發單元進行驗證時，需要通過微機接口對轉發單元進行配置，不同的配置參數DUT將會提供不同的功能。本文設計開發了面向定向測試的數據塊/包的軟件輔助工具。測試人員可以使用輔助工具來產生所需要的數據。

2 通信交換設備驗證平臺

2.1 交換功能介紹

本文假定所測試的交換設備具有N個輸入/輸出端口，這里N通常是2的整數次冪，考慮到內部復用，這N個端口可以映射到k組總線，每m=N/k個端口分時復用一組總線，k 2.2 驗證平臺

驗證平臺需要按照數據包/塊格式的要求提供各種不同類型、包長、優先級、源端口和目的端口，以及包含其他參數和配置的網絡數據包，同時能夠根據各個端口輸出的數據包個數計算出該端口的速率，以此來產生鏈路的忙/閑狀態，模擬配置規定的速率和其他要求。

根據層次化結構，并結合交換設備的功能，對驗證平臺進行了詳細的設計。

（1）物理層：DUT采用Verilog語言編寫，電路模型采用System Verilog編寫，編寫過程不是設計的重點，所以這里不再進行敘述。

（2）事務層：根據功能描述可知，如果要從端口處進行驗證，本驗證平臺需要N個激勵產生器，用于產生來自N個輸入端口的數據包/塊，還需要N個監視器來觀察N個輸出端口的數據包/塊。如果要從總線處進行驗證，則需要k個激勵產生器和k個監視器用于監視來自電路模型和DUT的k組總線上的輸出數據。這里，每個激勵產生器需要模仿m=N/k個端口及其速率，每個監視器需要記錄m個端口的輸出。同時還需要一個覆蓋率統計器用于統計激勵產生器產生的所有情況下的數據包。

①激勵產生器：將激勵產生器定義為一個類，該類的屬性包含了虛接口的定義、待發送包的隊列定義、激勵發生器編號和回調函數隊列定義等，此外還包含了運行方法、定向測試、隨機測試、端口速率配置方法、定向包入隊方法、定向包驅動方法、隨機包產生方法、隨機包入隊方法、隨即包驅動方法和丟棄概率計算方法等。

其中定向測試的測試流程如圖2所示。