关于集成电路功能验证方法的探讨

摘 要：当下集成电路设计的工艺越来越复杂，关于集成电路设计验证方法的优化是当下功能验证的重要环节。本文从半导体发展的技术状况出发，分析了传统集成电路功能验证的主要手段，最后提出了能够提高功能验证效率的办法，针对两种不同的功能验证方法给出了对比结果。

关键词：集成电路；功能验证；对比；仿真

一、引言

如今半导体已经得到了高速发展，半导体技术更为成熟，芯片的设计规模越来越大，并且越来越复杂，以满足不同需求。设计半导体芯片的设计者一般都希望既要讲究效率，减少设计时间，还要同时保证设计的正确性和准确性，其中涉及的最为关键问题其实是设计的验证问题。因为就目前来讲，设计一个集成电路，其中有70%-80%时间都花在了设计验证上面，非常影响整个设计效率。设计验证之所以如此费时间主要是因为四个原因，验证空间非常巨大、验证环境不一定可重复使用、验证时验证结果的数据不一定具有一致性、验证结束时没有好的标志，这四点也是当前验证所需要改进的地方。

二、关于传统的功能验证

现在，我们所使用的验证方式主要是针对验证测试所依据的条件进行分类，验证测试依据的条件有参数、结构、功能，因此验证方式也可以分为三种，功能验证便是其中一种。功能验证在验证过程中不会去管电路的结构，而会比较重视电路的功能流程，非常具有实际意义，特别是对于因果设计方案的验证。如果是对微处理器进行功能验证时，验证方式可以简分为两种，一种是基于形式的验证测试，一种是基于仿真的验证测试。对这两种验证测试进行分析如下。

1. 基于形式的验证测试

基于形式的验证测试，在对某个设计是否能在任何状态条件下按照预先设计顺利工作进行判断时，主要是利用数学分析的方法，它是一种没有向量的验证方法，与传统的机制如激励与响应机制是不同的。这种数学分析的方法是指，验证时将整个电路系统以及具体的功能缺陷转都换为具体的数字或者公式，看后者是否能与前者相符，也就是通过数学分析方法来进行证明。

2. 基于仿真的验证测试

基于仿真的验证测试又可以理解为基于模拟的验证测试，因为它的验证过程中是通过模拟，将验证所要使用的激励向量在需要检测的系统上进行处理后得到相应的结果，再将这个结果进行比较，来验证这个需要检测的系统的备功能是否正确，是最常用的验证方式。

2.1 协同仿真

协同仿真，是指同时要运行待测系统以及参考模型，都输入同一激励信号后，将两个系统的输出进行比较看是否完全相同，以此为依据来判断待测系统是否运行正确。它具有的优点是测试向量所包括的种类更为广泛，因此可以验证的逻辑也更为广阔。

2.2 自测检验

自测检验之所以称为自测，是因为输入到设计方案中的激励信号是带有自测性质的测试向量，这种测试向量既包括对系统行为的判断，又包括运行某一种特定功能的代码，整个方法是通过运行的结果来体现系统的行为。

三、提高功能验证效率的办法

1. 生成测试向量的方法

生成测试向量的主要方法有三种。第一种方法是手工编写的方法，手工去编制测试向量具有的优点是针对性强，并且精简准确，即使是系统中的平时不容易被验证的功能点也能进行有效的验证，缺点是花费时间长，需要的人力也大，不适宜在大规模形式集成电路的验证上进行使用；第二种方法是伪随机生成的方法，任意序列确实是随机生成的，但是却是在给定的条件进行约束下进行的，因此称为伪随机。这种方式如今正发展迅速，得到许多公司的青睐，因为它可以一定程度上人为掌控，又具有随机性，可以大大节约编写的时间，但是它具有一个缺点便是验证的效率降低了，因为随机性会导致多余向量的产生；第三种方法是针对流水线模型的生成方法，是指在流水线冲突的情况下，生成相应激励来查看该冲突有没有成功解决，优点是效率高、针对性强，缺点是不够完整，不能验证流水线冲突以外的其它错误。在实际生成测试向量时，要考虑到待测系统实际情况，合理运用，提高验证效率。

2. 提高验证完备性

在验证的过程中可能会面对一个问题，即验证的完备性，因为功能验证时是基于仿真进行验证，会受到电路的复杂程度以及验证时间的影响，并不能用到全部的激励向量。如以往的验证方法在验证过程中仅仅能提供问题的多少，却不能提过验证的程度，导致验证是否结束不具备明确的标志。如果要解决这一问题，必须要引进一个环节，该环节要可以随时反馈验证的完成度，并且要能提高验证的完备性。目前，有一种方法可以达到目的，即使用覆盖率来作为引入的环节，来反馈验证的完成度，具体如图1所示。

在这个基于覆盖率的验证过程中，可以把几种覆盖率如代码覆盖率、路径覆盖率、信号翻转率、分支覆盖率、功能点覆盖率、条件表达式覆盖率等结合起来，使验证的程度能进行更为有效的衡量，提升验证效果。

四、结论

综上所述，集成电路功能验证方法的探讨一直是集成电路工艺水平的重要标识，本文分析了两种传统的功能验证方式，解释了其优缺点，并且提出了两种提高功能验证效率的方法，特别是基于覆盖率的验证流程的提出，可以解决验证完备性标志的问题，提高验证效率，对集成电路功能验证的探索研究具有一定指导意义。

参考文献

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