虹科干货 | 如何测试与验证复杂的FPGA设计（1）——面向实体或块的仿真

IP核的开发过程中，面临着许多关键技术，比如IP核的规格定义、基于接口的设计、IP核测试存取结构标准、IP核的验证与打包等。对于IP核的验证，主要是建立参照模型和测试平台，然后进行回归测试和形式验证。这里参照的模型主要用于对系统功能进行验证以及和RTL模型的对照验证，该模型主要用Verilog HDL等语言来构造。测试平台的建立与子模块设计并行，搭建验证环境和开发测试用例，并针对IP核的行为级模型对测试环境和测试用例进行调试，从而同步准备好用来仿真测试RTL级IP核的验证环境和测试用例。

仿真和验证是开发任何高质量的基于 FPGA 的 RTL 编码过程的基础。在本系列文章中，我们将分享我们设计过程中的关键步骤，并将基于虹科以太网IP核产品组合进行介绍。

整个过程的关键步骤如下：

面向实体/块的仿真：通过在每个输入信号上生成激励并验证 RTL 代码行为是否符合预期，对构成每个 IP 核的不同模块进行实体/块的仿真。

面向全局的仿真：一旦不同的模块被单独验证，则意味着下一步将整个IP仿真为单个 UUT（被测试单元）。

(On)硬件测试：尽管扩展的仿真计划提供了良好的可信度，但仍有许多corner的情况无法在虚拟环境中验证。对于这些情况，需要基于硬件的测试计划，这也是获得高质量结果的最后一步。

在本篇文章中，我们将描述第一步：IP 仿真的实体或块级别是如何完成的。

面向实体或块的仿真

“面向实体或块的仿真”这一步骤意味着验证在 IP 核内具有特定操作的特定实体或模块的正确操作。每个 IP 核都由许多实体或块组成，为了测试它们，每个实体会有不同的测试平台，通过在输入受到刺激时观察设计的输出来执行设计。这将有助于检查预期的行为。

举个例子就可以很好地理解这个步骤。下面我们先介绍虹科以太网交换机 IP 核的过滤数据库。过滤数据库存储 MAC 地址及其相关信息以做出帧转发决策。它是一个基于哈希的存储器，每个地址条目都有一些存储过滤数据的 bin。该哈希算法还生成过滤数据库内存的索引。

过滤数据库执行有三个主要过程：学习、查找和老化

学习过程负责在满足不同条件时保存帧。

查找过程是在过滤数据库中搜索并获得帧的转发端口掩码的过程。

老化过程根据给定的时间段删除旧的 MAC 条目。

在这个仿真MAC表的具体案例中，请始终尝试测试构成过滤数据库功能的所有机制。从这个意义上说，就像学习不同的MAC，不同的查询、老化是并行完成的，最后需要清除MAC表并验证所有条目都已删除。此外，研究并始终能够测试可能的corner案例也十分重要。

测试和验证复杂 FPGA 设计的第二个关键步骤将在下一篇文章中展开介绍。一旦形成 IP 核的所有实体都按预期工作，全局仿真就会发挥作用。