基于UVM的MCU关键模块验证研究与实现

作     者：柯金铭 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐雍;高雄飞

授予年度：2022年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：UVM 功能验证 UART DMAC 覆盖率 

摘      要：随着当今半导体产业不断地发展,半导体设计和制造的工艺也愈加复杂,这其中MCU作为半导体行业中一种热门的芯片种类,具有应用广泛性和通用性极高的特点,其芯片内部系统设计的集成度和复杂度也在不断提高,对于MCU功能验证的要求也是在不断攀升,如何设计出尽可能真实的激励,从而将设计中不符合规范的地方找出来,成了MCU验证工作所面临的重要挑战。而激励的产生和作用又依托于一套功能验证平台,因此,构建一套具有高完备性、高效性、高可重用性的验证平台成为了MCU功能验证工作中的重中之重。本文的主要研究内容如下:首先,本文论述了功能验证工作在MCU全流程开发中的重要意义,以及当前芯片功能验证技术本身所面临的问题与挑战,详细梳理了国内外验证技术的发展脉络,并就国内外应用发展情况进行简要示例分析,深入研究了UVM类库包含的配置数据库、TLM通信、phase机制、factory工厂机制和组件类成员层次的结构特点,同时对MCU的芯片内部结构特点进行阐述,剖析了MCU中的关键模块UART、DMAC的设计结构和功能特点,为后续的模块级和系统级的验证平台设计工作奠定了良好的理论基础。其次,针对传统功能验证思路的完备性不足、精准度不够等问题,本文从不同的功能验证层级进行考虑,对MCU关键模块的功能特点进行详细分解,分别提取出UART模块级功能验证点和DMAC系统级的功能验证点,结合白盒验证和灰盒验证的激励生成方式,采取随机验证和定向测试的验证策略,最终设计一套具有高完备性的验证计划。最后,针对于传统验证技术设计开发周期长、验证效率低、验证框架不可移植等问题,本文基于UVM验证方法学开发出一套针对于MCU关键模块的可重用的功能验证平台,基于MCU特点对验证平台的环境架构进行重新设计,厘清环境文件之间的调用关系,并对UART和DMAC模块分别进行模块级和系统级的验证平台架构设计,包含四大通用的核心单元,包括激励事务发声单元、平台通信单元、数据比较单元和环境集成单元,并通过仿真验证和覆盖率报告对验证工作进行评估。最终得出结论,相较于传统的验证平台,本课题所搭建的基于UVM的MCU关键模块验证平台在完备性、高效性、可重用性方面具有明显优势。