兼容AVR指令集的微控制器功能验证

作     者：熊健业 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：来逢昌

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：微控制器 AVR指令集 功能验证 仿真验证 

摘      要：微控制器在当今有着广泛应用,被大规模用于嵌入式设备的核心部件,微控制器的结构和功能特性也随着不同应用需求而呈现多元化专用化的趋势。在集成电路规模呈指数型增长的今天,芯片规模的增长使验证工作在芯片设计流程的比重逐渐增加。本文工作是一款兼容AVR指令集的微控制器设计项目的一部分,主要针对微控制器的RTL模型进行功能验证。该微控制器采用哈佛结构、8位数据宽度、两级流水,包含独立的FLASH程序存储、SRAM数据存储和EEPROM数据存储空间。从AVR指令集体系结构着手,通过对微控制器的结构及功能进行分析,提炼验证功能点并制定验证方案,对微控制器内核、外设及存储控制器进行验证。结合微控制器的特点,采用基于动态仿真的验证方法进行验证方案的制定。针对指令集部分,采用了由简单至复杂的单条指令、组合指令、随机指令、程序集的验证计划,其中在随机指令验证部分设计了可复用的指令序列生成器以生成随机验证向量,在程序集验证部分选用了嵌入式系统专用测试集Mibench中的算法程序;针对外设部分,对微控制器的GPIO、USART、定时器、看门狗等模块分别提炼了验证方案;针对存储控制器,本文聚焦于以微控制器的串/并行下载模式遍历存储控制器状态机,实现对程序存储空间、数据存储空间及特殊功能位访问的功能验证方案。通过搭建验证平台,开发验证向量,对提炼的功能验证点全部进行仿真并进行结果分析,待测功能均符合预期,得到了100%的功能覆盖率。本文工作在微控制器高效完备性验证计划的制定方法上具有一定意义。