IP 核标准和开发流程

2013-07-20王涣

微处理机 2013年6期

王涣

(中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032)

1 引言

上个世纪90年代初，由于集成电路制造技术和EDA 工具的快速发展，芯片设计规模和设计复杂度急剧提高，出现了一批像ARM 这样的专门为第三方公司提供可复用的集成电路模块的IP 供应商。IP 供应商的出现和SoC 设计方法学的普及，极大地促进了集成电路设计业的发展，伴随着IP的推广和使用，也出现了一系列急需解决的问题。IP 供应商需要提供怎样的文件;IP 使用者如何才能快速对其进行修改以适应设计者的需要;如何解决IP的接口标准问题;如何建立一个相对客观的IP 评价体系，实现对IP 质量的评估;如何进行IP 验证;如何有效地建立起IP的保护体系。这一系列问题的出现，最终导致了IP 核标准的产生［1］。图1为集成电路IP核标准体系。

2 IP 核的开发流程

IP 核的开发流程，大致分为以下几个步骤:①IP 核开发指南的编写;②IP 核的设计;③IP 核的验证。

2.1 IP 核开发指南的编写

开发指南一般包括以下几个部分:①目录结构管理规范;②可交付项规范;③文档结构规范指南;④文档书写标准;⑤验证平台开发指南;⑥Verilog HDL 编码指南。

图1 集成电路IP 核标准体系

在IP 核的开发过程中，都要遵循IP 核的各项开发文档进行，IP 核开发文档流程如图2 所示。

2.2 IP 核的设计

首先，要确定IP 核的规格。IP 核的规格至少包括以下内容:概述、功能需求、性能需求、物理需求、详细的结构模块框图、对外系统接口的详细定义、可配置功能详细描述、需要支持的制造测试方法、需要支持的验证策略等。确定规格的过程一般又包括行为建模进行功能论证，可行性分析就性能和成本进行折中等活动。

图2 IP 核开发文档流程

其次，进行模块划分。划分模块是指规划工程师在给出IP 结构模块框图的同时，对于每个子模块给出一个详细的功能描述，同时必须明确子模块之间接口的时序要求。只有规划好，才能够设计好。确定规划和划分模块是IP 开发是否成功最为关键的一步。

然后进行子模块定义和设计。设计者对所有子模块的规格进行讨论和审查，重点检查时序接口和功能接口的一致性，随后整理出子模块的详细设计方案。接下来设计者按照实现方案开始编写RTL代码、编写时间约束文件、综合批处理文件、子模块验证用测试平台(testbench)和测试套件(test suite)等。当这些工作完成并通过代码规范性检查、测试覆盖率检查、功能覆盖率检查等验收以后，这个子模块就可用来与其他模块一起集成了。

接着，进行顶层模块设计。顶层模块设计就是把子模块集成起来，产生顶层模块，并对它做综合处理和功能验证。综合过程包括编写综合的批处理文件，在不同的参考库上综合，针对在制造上的可测性插入扫描链、ATPG，并进行最终的性能分析和功耗分析等［2］。

最后是IP 核的产品化过程。包括以下几个部分:提供IP 设计和验证用testbench，用商用转换器进行打包提交，但转换后需要重新验证，比如做回归测试以确保转换有效，并强调在几个主流仿真器上做仿真，在几种主要工艺库上做综合，做门级仿真，做形式验证以保证网表和RTL 级的一致性，产生或更新用户文档等。

2.3 IP 核的验证

对于IP 核的验证，主要是建立参照模型和测试平台，然后进行回归测试和形式验证。

这里的参照模型主要用于对系统功能进行验证以及和RTL 模型的对照验证，该模型主要用SystemC/SpecmanE/Vera/Verilog/VHDL 等语言来构造。

测试平台的建立与子模块设计并行，由验证组的一些成员开始搭建验证环境和开发测试用例，并针对IP 核的行为级模型对测试环境和测试用例进行调试，从而同步准备好用来仿真测试RTL 级IP核的验证环境和测试用例。

回归测试解决的问题是设计在修改一个错误的同时，却引入了另外一个错误。回归测试保证在修改一个错误或加入一个新功能时，已经验证过的基本功能仍然正确。验证工程师应该注意在验证过程中找到一个错误，或加入一个新功能时，要把它们对应的测试用例及时加入到回归测试集中。

形式验证是一种系统级的验证手段，不需要测试向量，而是根据“静态”地通过判断两个设计是否等价来确认它们的功能是否一致，因此，形式验证必须事先有一个参照设计。在IP 核验证过程中，前面建立的参照模型就是我们的参照设计。形式验证常用来判断一个设计更改后和更改前实现的功能是否一致。同时，形式验证也被用来确认综合后、插入扫描链后、版图提取后网表实现的功能前后是否一致。