[发明专利]一种用于制造后处理器芯片验证的随机验证方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超大规模集成电路(VLSI)设计验证领域，并具体涉及一种用于制造后处理器芯片验证的随机验证方法及装置。

背景技术

对大规模集成电路的设计和工艺进行验证以保证其正确性是一项重要而又艰巨的工作。目前一款芯片在流片前，主要通过功能验证来保证正确性，而芯片流片后则通过制造后芯片验证来寻找存在的错误，进一步保证芯片正确性。随着研究的进步，芯片制造前的功能验证的手段越来越丰富和完善，给集成电路的验证提供了强大的支持，但是芯片制造前的功能验证并不是一个完全枚举的过程，不能保证对每一个错误都能检测到。随着集成电路工艺的进步、新体系结构的提出、电路规模的增大和设计的复杂化，仅仅通过制造前的功能验证越来越难以保证在流片前一次性发现所有的错误。最近的数据显示，仍然有许多错误在芯片流片后、甚至投入市场后被发现，为了使这些错误在芯片推向市场前得到解决，这些流片后存在的问题，需要通过制造后芯片验证手段来发现。

制造后的芯片验证受限于对设计内部状态的观测不透明和真实环境的不确定性，发现错误和定位错误所需要的调试开销非常大。根据最近几年的统计，平均每款芯片需要35％的开发时间用于制造后的芯片验证。为了解决制造后的芯片验证调试效率低的问题，一个有益的想法是把芯片制造前的功能验证的方法加以改造，使其能够满足制造后甚至封装后芯片验证的需要。

目前集成电路芯片制造前的功能验证方法主要分为模拟仿真方法和形式化方法两大类。形式化方法的应用很大程度上受制于设计规模；而模拟仿真方法能处理大规模集成电路设计，特别是当代复杂高性能处理器，是目前处理器功能验证的主要方法。模拟仿真方法运行的大量测试向量主要有三个来源：手写测试向量、实际应用程序改造和测试向量的随机生成。

随机验证技术是当今大规模集成电路仿真验证流程中的重要支撑技术。在集成电路验证领域，特别是处理器功能验证领域，具有重要地位。人工书写测试向量需要花费大量的时间和人力成本，并且局限于原始应用程序的规模。经过改造后的应用程序测试向量仍会占用过多的仿真时间，无法很好地满足各阶段回归测试的要求。这意味着大量的、覆盖范围广泛的测试向量主要来源于随机测试向量生成。随机生成的测试向量有可能覆盖到设计和验证人员完全没有想到的功能角落，且生成的测试向量的规模和长度灵活可控。

指令级随机验证是通用处理器制造前验证的常用方法。比如专利号为ZL200610078226.9的中国专利申请公开了一种在微处理器用户态随机验证中实现核心态程序验证的方法，参照图1描述该方法，图1是描述了制造前处理器指令级随机验证方法的框图，如图1所述，其通常包括7个部分，指令库101、指令模板102、约束求解器103、随机程序生成引擎104、指令级模拟器105、指令过滤器106、仿真环境107。指令库101中包含处理器支持的所有有效指令；指令模版102是一系列配置文件，用于进行指令的配置和规范；约束求解器103对指令模板进行求解，指导随机程序生成引擎104生成相应的指令；随机程序生成引擎104可以有效支持配置文件约束下的指令生成；指令级模拟器105是待验证的处理器的最简单参考模型，支持指令级仿真，提供指令的正确执行结果，同时更新指令级处理器模拟器状态；指令过滤器106根据指令级模拟器的执行结果判断是否是非法指令，决定是否要丢弃该指令，及时恢复该指令产生前处理器模拟器的状态；仿真环境107是包裹在待验证处理器外层的一系列逻辑和操作，主要包括初始化、输入/输出和比较逻辑，可以执行初始化、输入/输出和信号比较等一系列操作。

进行指令级随机验证时，约束求解器103对指令模板102提供的约束进行求解，进而指导随机程序生成引擎104从指令库101中选取符合要求的操作码，加入符合约束的操作数，产生出一条符合约束的指令，提供给指令级处理器模拟器105，指令的模拟结果送入指令过滤器106，如果产生的指令是非法指令则直接抛弃并恢复该条指令产生前的指令级处理器模拟器状态，并重新产生下一条指令，否则提供指令的模拟结果给仿真环境中的比较逻辑，同时将产生的指令也提供给仿真环境，经处理器执行后，将结果也输出到仿真环境中的比较逻辑，通过二者比较可以检测处理器设计中的错误。

随机验证方法在扩大芯片验证的覆盖率，提高设计错误的可调试性上具有明显的优势，而这些优势也正是制造后的芯片验证所急需的。然而，制造后的芯片验证受限于对设计内部状态的观测不透明和真实环境的不确定性，无法直接运用上述随机验证环境。在制造后的芯片验证中支持随机验证，至少面临以下两方面的问题：