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模型驱动的Verilog HDL建模与生成工具设计

模型驱动的Verilog HDL建模与生成工具设计

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作者：曹雪大连理工大学

学位级别：硕士

FPGA因具备丰富的可编程资源而广泛使用于集成电路设计和异构计算领域,随着芯片设计技术的发展,其设计规模和复杂程度逐渐增加,同时也增大了验证工作的难度。需求验证和设计验证对基于FPGA的数字系统而言具有至关重要的作用,尽早对电路... 详细信息

FPGA因具备丰富的可编程资源而广泛使用于集成电路设计和异构计算领域,随着芯片设计技术的发展,其设计规模和复杂程度逐渐增加,同时也增大了验证工作的难度。需求验证和设计验证对基于FPGA的数字系统而言具有至关重要的作用,尽早对电路设计进行全面验证可以发现更多设计存在的问题和缺陷,达到缩短开发周期和提高验证效率的目的。现有的验证方法更多关注于设计验证,而忽视了对于需求的一致性验证。本文根据需求验证和设计验证工作的特点,设计并实现了模型驱动的Verilog HDL建模与生成工具。本文首先对FPGA验证的研究现状进行分析,并对一部分现有的验证工具进行简单的对比介绍。然后针对Verilog HDL建模与生成工具的实际需求进行了详细的分析,并在此基础上对工具进行设计并实现。工具包括基于Verilog HDL代码逻辑表格化显示、语法审查和代码生成、基于表格的模型建立与验证三大核心功能。在实现工具的过程中,使用代码匹配技术对源代码和目标代码进行匹配,并对其中使用的余弦相似度计算方法进行改进。为了保证工具开发的可靠性,使用软件测试的知识对工具进行详细的测试,并设计三组不同类型的样本数据对本文开发工具的验证能力进行检验。本文设计的Verilog HDL建模与生成工具致力于在FPGA开发的需求分析阶段加入验证工作,在设计初期发现需求中存在的问题和设计性缺陷,从而达到缩短验证周期的目的。通过实验数据,验证了本文所设计的工具具备在开发阶段早期发现潜在问题的能力。同时,使用状态迁移表格显示Verilog HDL代码逻辑和状态的迁移,为基于FPGA需求验证和设计验证的研究提供了新思路。

关键词： FPGA 需求验证设计验证 Verilog HDL 状态迁移表格

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OTN保护倒换系统形式化建模及验证

OTN保护倒换系统形式化建模及验证

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作者：刘鑫大连理工大学

学位级别：硕士

OTN（光传送网,Optical Transport Network）技术在通讯领域的应用极大的提高了信息的传输速度,降低了误码率。OTN通过保护倒换系统来确保信息传输不被中断,因此保护倒换系统的可靠性需要得到保障。光传送网络中,保护倒换系统需要在满足... 详细信息

OTN（光传送网,Optical Transport Network）技术在通讯领域的应用极大的提高了信息的传输速度,降低了误码率。OTN通过保护倒换系统来确保信息传输不被中断,因此保护倒换系统的可靠性需要得到保障。光传送网络中,保护倒换系统需要在满足APS（Automatic Protection Switching）协议的基础上,进一步满足不同应用场景的需要。这需要在系统设计阶段,就开始验证设计方案是否遵循了APS协议并满足相应的场景需要。但在保护倒换系统设计阶段,很少有人关注该阶段的形式化定义,而保护倒换系统未能按照需求和协议生效很大一部分原因是需求定义具有二义性或遗漏产生的。传统的建模方法,包括流程图、状态图、时序图等都不能解决需求定义的二义性和遗漏问题,使得在系统的后续开发中存在巨大的隐患。并且,对于日益复杂的系统,因状态空间爆炸问题,其验证也变得日益困难。本文提出一种基于二维表格结构的形式化方法来定义系统需求,可以最大程度上减少需求定义的二义性和遗漏问题。该方法的基本思想来源于状态迁移矩阵,表结构的第一行为源状态行,代表对应的系统所有的状态;第一列为目标状态列,代表系统从任一源状态出发,可能到达的目标状态;而源状态和目标交叉确定的位置,代表系统在当前源状态下,系统满足一定先决条件,会发生的动作。在文中,这种二维表结构被称为状态迁移表格（State Transition Form,STF）.针对STF模型的验证,采用边界模型检测的方法。将STF模型和待验证的性质进行符号化编码,并输入到SMT求解器中进行验证。从而完成了保护倒换系统形式化建模和验证流程。接着本文依据已有的自动机状态压缩算法,提出了基于STF模型的状态压缩算法。该方法在STF模型的基础上,经过简单的矩阵行列变化,可以将较大的STF模型压缩成较小的STF模型,一定程度上缓解了状态空间爆炸问题,在压缩后的STF模型的基础上进行符号化编码和性质验证所花费的时间都有一定程度的减少。最后采用SMT求解器Z3和UPPAAL工具进行验证,说明算法有效性。

关键词：模型检测形式化验证状态迁移表格 OTN保护倒换

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