系统级芯片设计语言和验证语言的发展

简   介：

由于微电子技术的迅速发展和系统芯片的出现，包含微处理器和存储器甚至模拟电路和射频电路在内的系统芯片的规模日益庞大，复杂度日益增加。人们用传统的模拟方法难以完成设计验证工作，出现了所谓“验证危机”。为了适应这种形势，电子设计和验证工具正在发生迅速而深刻的变革。现在基于RTL级的设计和验证方法必须向系统级的设计和验证方法过渡，导致了验证语言的出现和标准化，本文将对当前出现的系统级设计和验证语言进行全面综述，并论述验证语言标准化的情况。分析他们的优缺点和发展趋势。最后简单评述当前的验证方法，说明基于断言的验证是结合形式化验证和传统模拟验证可行的途径。

1　引言 　

在二十多年前中小规模集成电路的设计向大规模和超大规模集成电路过渡时，设计方法经历了由门级向寄存器传输级过渡。当时各种硬件描述语言如DDL,CDL层出不穷，在RTL级的设计描述语言曾经历了“春秋战国”时代，逐渐形成了VHDL和Verilog称 霸的局面。随着微电子技术的发展，集成在一个芯片上的电路的功能日益复杂化。系统芯片的时代已经到来， 在RTL级硬件设计的抽象层次上已经无法应付数以百万和千万门系统的设计和验证。据统计，两年来，一次投片成功率已经由50%降低到39%。不能一次成功的 设计必须再投入几个月的设计验证时间和数十万美元的费用。这种风险已经变得不可接受了。因此设计验证出现了所谓的“验证危机”。现在基于RTL级的设计和验证方法必须向系统级的设计和验证方法过渡。

解决系统级设计问题首先要解决系统及功能的描述问题。系统级设计语言的竞争正在如火如荼的展开。需要一种语言能够描述包括嵌入的软件和模拟电路在内的整个系统。而现在的寄存器级的硬件描述语言将成为硬件设计的汇编语言。设计和验证工程师将只在关键的部分利用他们取得较高的性能，而一般情况下将主要利用系统及语言进行设计和验证。

本文将对当前出现的系统级设计和验证语言及其发展趋势进行全面地综述，在第2节和第3节将分别综述系统及设计语言和验证语言的发展情况。第4节论述当前主流的验证方法。

2　系统级设计语言

2.1　对系统级设计语言的要求

系统级设计的特点是：更多更复杂的功能集成和综合、功能模块或IP核，包含存储器、处理器、模拟模块、接口模块和高速、高频输入输出及软件模块，因此要考虑软件和硬件的划分、优化等协同设计和协同验证问题。根据系统级设计的特点，人们普遍认为系统级设计语言应当具有如下的特点：

1)具有形式化的语义。

2)支持特别领域规范的集成。

3)支持描述系统和部件的计算模型的复合。

4)支持更加抽象的建模。

5)支持对于限制信息的表示和集成。

6)从设计规范到设计实现整个设计过程中一致地、连续地探索设计空间。

7)支持在具体领域和多个交叉领域的预先分析和验证。

2.2　系统级设计语言的发展

21世纪初期是系统级设计语言发展变化最迅速的时期。各种系统设计语言 如雨后春笋，已经出现的系统级语言可以分成3类。

第一类是通过对于经典语言的扩展得到的语言如SystemVerilog［1］。SystemVerilog 在向高层次发展方面，对于原来的Verilog进行了根本性的修改。他混合了Verilog, C/C++和 CoDesign Automation′s SuperLog 给设计者提供了最强的能力。SystemVerilog是对于IEEE 13642001 Verilog的扩展，以便辅助提供产生并验证抽象的系统结构级的模型。在接口方面突出的特点是在高层抽象可以实现模块的连接。类似于C语言的结构，如断言结构支持性质的检验。主要扩展的目的是使得Verilog语言能够支持大规模的设计并达到更高级的抽象。他还借用了C的数据类型“char”,“int”等。凡是C的编码可以直接用在Verilog模型和验证程序中。这类对传统语言扩展的方法的优点是有利于设计者的平稳过渡，但是主张完全用C语言作为系统级语言的人们怀疑这种“改良”的方法在进行模拟时的效率不能得到满意结果。(责任编辑：admin)