适用于FPGA原型验证的DFI-AXI转接口的设计与验证

作     者：李宇昊 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱卫东;林铠鹏

授予年度：2023年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：FPGA原型验证 内存控制器 DFI总线 AXI总线 UVM 

摘      要：大规模复杂So C设计进行FPGA原型验证时的高速接口,如DDR接口,对应的DDR MC内存控制器受到FPGA工艺和结构的制约,往往只能以低速运行,无法直接对接外部设备的实际接口,因此用户在对MC进行FPGA原型验证时需要有相应的降速桥方案来实现与外部设备的实际接口对接。其次在对部分MC进行原型验证时,由于主流的FPGA厂商并不提供支持DFI接口协议的PHY解决方案,使得这些MC无法完成在FPGA原型验证系统的移植,因此需要开发一个基于DFI接口的数据传输适配器,解决MC在FPGA原型验证系统的验证难题。 本文在研究DDR存储器规范和DFI、AXI总线协议的基础上,提出了一种MC在FPGA原型验证系统上移植和验证的解决方案。通过设计一个DFI-AXI转接口模块,实现了对待验证的MC的信号降速处理,同时完成了DFI协议接口信号与AXI协议接口信号之间的转换,解决了MC在FPGA的移植问题。首先,本文对课题的研究背景进行了详细介绍,包括FPGA原型验证技术的实现流程、DDR存储器规范、AXI总线协议和DFI总线协议。重点对DDR基本命令的时序和数据流,以及DFI和AXI总线协议的工作机制和信号接口进行阐述。其次,通过对FPGA中DDR控制器IP的结构分析,确定了设计需求和设计功能指标。并在此基础上设计了DFIAXI转接口的系统结构,采用自顶向下的设计方法对DFI-AXI转接口进行功能划分,并详细阐述了转接口的各个功能子模块的具体实现。最后,完成了DFI-AXI转接口的UVM验证环境搭建。通过对System Verilog编程语言和UVM验证方法学相关概念的学习,采用DFI＿VIP和AXI＿VIP等验证组件搭建了转接口的UVM验证环境,提取功能测试点,制定验证计划,生成并驱动相关测试激励,最后收集功能仿真波形和覆盖率报告,完成了对DFI-AXI转接口的模块级UVM功能验证。 本文提出了一种新的MC在FPGA上原型验证的方法,通过设计一个DFI-AXI转接口电路,完成了DFI总线信号与AXI总线信号之间格式和时钟域的转换,基于标准总线协议的转接口能够与多种MC进行接口适配,具有一定的复用性,从而实现了MC在FPGA原型验证系统的移植。DFI-AXI转接口模块整体的验证工作使用VCS软件进行模拟仿真,通过分析仿真波形和仿真日志信息,查找设计与验证环节存在的缺陷,修改设计代码和测试激励,多次对仿真验证环节进行循环,最终实现对主要功能测试点的覆盖,表明此次验证具有较高的完备性。最后结合设计的DFIAXI转接口搭建MC的FPGA验证环境,通过MC对虚拟DDR内存的读写测试仿真表明成功实现了MC发出的读写数据在FPGA上的传输,从而实现了MC在FPGA原型验证系统上的移植和验证。