技術(shù)產(chǎn)生背景

隨著航空電子系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，以及增加使用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的硬件驗(yàn)證是航空航天領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)主要問題。事實(shí)上，除了承認(rèn)使用常用的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具- 設(shè)計(jì)輸入，綜合，布局布線，靜態(tài)時(shí)序分析- 美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）的官員在欣賞EDA工具如何能夠提高驗(yàn)證，可追溯性和項(xiàng)目管理。值得慶幸的是，在更廣泛的半導(dǎo)體行業(yè)正在使用的工程師航空電子設(shè)備應(yīng)用程序可以在一定的方法繪制基于FPGA的設(shè)計(jì)工作，以驗(yàn)證應(yīng)用專用集成電路（ASIC）設(shè)計(jì)。

盡管它們具有不同的商業(yè)模式，其體積是一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別中，航空電子設(shè)備公司的FPGA和一個(gè)半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)的ASIC可以使用許多相同的硬件驗(yàn)證技術(shù)設(shè)計(jì)- 其條件是在航空電子公司還必須通過嚴(yán)格的認(rèn)證流程，通過正式RTCA / DO-254（“設(shè)計(jì)保證指南機(jī)載電子硬件”）。

該DO-254標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硬件設(shè)計(jì)和硬件驗(yàn)證應(yīng)該是獨(dú)立的。在設(shè)計(jì)的生命周期而言，這意味著設(shè)計(jì)工作，以滿足規(guī)定的要求和驗(yàn)證工程師尋求證明該設(shè)計(jì)符合要求（即基于需求的驗(yàn)證或RBV）。

現(xiàn)代的，尤其是自動(dòng)化，可使用驗(yàn)證技術(shù)的航空電子設(shè)備的設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，但可能不適合用于認(rèn)證目的。例如，基于事務(wù)的驗(yàn)證（TBV），其廣泛用于更廣泛的半導(dǎo)體工業(yè)中，以高級別要求操作，但可能不適合的低級別的要求，如單個(gè)信號的定時(shí)的驗(yàn)證。然而，這并不是說TBV沒有發(fā)揮作用，航空電子設(shè)備的設(shè)計(jì)在未來發(fā)揮，現(xiàn)在越來越多等等。航空電子系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加將推動(dòng)朝RBV TBV，很可能是通過要求的方式被表達(dá)更有利于TBV。

為什么單獨(dú)模擬是不夠的

模擬器起到驗(yàn)證了巨大的作用。 （使用不同的模擬器），因此，以執(zhí)行不同的模擬的需要- 雖然非常有用的，它們是，在一定程度上，在相當(dāng)有限的工具它們只能提供在設(shè)計(jì)流程中的某些點(diǎn)的設(shè)計(jì)的信心。

例如，一個(gè)HDL仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)（作為編碼在VHDL中，例如）的行為如預(yù)期。它通過行使使用HDL測試代碼的綜合RTL子集（即，在寄存器傳輸級設(shè)計(jì)意圖）做到這一點(diǎn)。模擬器是完全確定的，因?yàn)樗偸菚?huì)產(chǎn)生對給定的設(shè)計(jì)和測試平臺(tái)相同的結(jié)果。然而，真正的硬件不確定性。多個(gè)時(shí)鐘域，例如，引入不確定性。此外，RTL仿真與理想的時(shí)鐘進(jìn)行，時(shí)間不一致而像亞穩(wěn)態(tài)效應(yīng)不藍(lán)本- 也不是時(shí)鐘相位和頻率漂移。

時(shí)序仿真是因?yàn)闀r(shí)間的不成比例需要模擬甚至幾秒鐘的價(jià)值FPGA操作的更準(zhǔn)確，但很少實(shí)用。幸運(yùn)的是，RTL模擬可以增強(qiáng)引進(jìn)在模擬跨時(shí)鐘域路徑的不確定性的建模。

值得注意的是，在更廣泛的半導(dǎo)體行業(yè)，一些ASIC驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)聲稱，HDL仿真器不使用在所有的驗(yàn)證環(huán)境中。此外，對于非常大的設(shè)計(jì)，豐富的RTL模擬可能不會(huì)因?yàn)樗ㄙM(fèi)的時(shí)間逼真。相反，仿真器被用來加快驗(yàn)證過程。

仿真器使用多個(gè)FPGA來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。通過將硬件在環(huán)，信心增加;但不一定為100％，作為仿真設(shè)計(jì)可能是也可能不是確定的，可以或可以不能夠模擬現(xiàn)實(shí)亞穩(wěn)態(tài)的問題和非理想的時(shí)鐘。這一切都取決于仿真的設(shè)計(jì)是如何映射到仿真器的FPGA以及如何生成的時(shí)鐘。

它是可以觀察到真實(shí)的硬件（即，F(xiàn)PGA）的同時(shí)運(yùn)行的仿真，提供該ASIC測試設(shè)計(jì)用于非確定性的行為制備的行為。此外，它們不得包含任何假設(shè)，如從測試響應(yīng)總是出現(xiàn)一個(gè)給定接口上在給定的時(shí)間。這是因?yàn)椋趯?shí)際硬件中，響應(yīng)可以更早或更晚出現(xiàn)- 甚至可能被重新排序- 由于仿真設(shè)計(jì)的不確定性的行為。

這是很容易實(shí)現(xiàn)的“定向”這樣的假設(shè)和定時(shí)測試平臺(tái)，其中僅在模擬運(yùn)行，而半導(dǎo)體公司使用不定時(shí)的“交易”測試平臺(tái)（見圖1），其中涉及到時(shí)間的任何假設(shè)的實(shí)現(xiàn)都很難實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過測試的設(shè)計(jì)要求通信接口協(xié)議封裝在交易者。只有交易者可能包含定時(shí)HDL代碼，通常由接口協(xié)議要求。

原理解析

原理如圖所示

圖1：導(dǎo)演和交易測試平臺(tái)

在硬件驗(yàn)證的好處

可以理解，驗(yàn)證在環(huán)硬件帶來了更多的現(xiàn)實(shí)驗(yàn)證過程。然而，對于一個(gè)基于FPGA的航空電子設(shè)備的應(yīng)用程序，這將是矯枉過正映射FPGA設(shè)計(jì)到基于多片F(xiàn)PGA仿真器。

這是很容易采取目標(biāo)FPGA及其接口連接到驗(yàn)證環(huán)境。許多航空電子設(shè)計(jì)，例如，使用Aldec公司的DO-254符合性測試系統(tǒng)（CTS）（見圖2），不僅驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)，而且還根據(jù)RTCA / DO-254規(guī)范，以取得所需認(rèn)證學(xué)分。

圖2：Aldec公司的DO-254/ CTS平臺(tái)- 用于'在速度，在硬件'驗(yàn)證

在CTS中，目標(biāo)設(shè)計(jì)運(yùn)行在目標(biāo)設(shè)備在高速（其被安裝在一個(gè)自定義的子板）。仿真測試平臺(tái)作為測試向量，以支持100％的FPGA引腳級的可控性和可見性需要測試RBV實(shí)現(xiàn)正常范圍和異常范圍的測試。

這里的問題是：能否傳統(tǒng)執(zhí)導(dǎo)測試平臺(tái)，航空電子行業(yè)內(nèi)流行的，適用于真正的硬件？ 是。在Aldec的DO-254/ CTS的情況下，例如，它會(huì)自動(dòng)應(yīng)用用于仿真到實(shí)際硬件測試向量。如所提到的，因?yàn)檎嬲挠布荒敲创_定，可以模擬結(jié)果和實(shí)際硬件測試之間發(fā)生錯(cuò)配。這種差異- 例如，橫過時(shí)鐘域或者非理想時(shí)鐘信號的亞穩(wěn)態(tài)- 可以使用圖形波形觀測器工具的影響。

DO-254 / CTS™母板

驗(yàn)證工程師必須決定，在調(diào)查期間，如因任何差異的原因是一個(gè)過于簡單的功能仿真還是真實(shí)的硬件問題被標(biāo)記。在決策過程中幫助，比較工具可以被配置為接受所造成的實(shí)際硬件的不確定性的行為差異。

多種配置選項(xiàng)都是必需的，從簡單的寬容或偏移開始以及檢測和所選接口匹配整個(gè)交易結(jié)束。一旦整個(gè)系統(tǒng)的配置是否正確，全部由模擬測試基準(zhǔn)覆蓋的要求，可迅速地與真實(shí)硬件驗(yàn)證。更重要的是，該過程是自動(dòng)化的和可重復(fù)的。

因此，驗(yàn)證工程師也不能幸免與應(yīng)用電路板的工作月，試圖掩蓋在物理測試的要求。一些物理測試必須與應(yīng)用板上仍然執(zhí)行，因?yàn)镕PGA將需要與董事會(huì)其他組件進(jìn)行交互。具有在FPGA內(nèi)部有什么誠信的信心是一個(gè)很大的鼓舞，雖然。

DO-254/ CTS™子板

交易測試平臺(tái)

讓我們切換回ASIC世界了一會(huì)兒。ASIC驗(yàn)證工程師可以在一個(gè)行為像真實(shí)的硬件仿真器上運(yùn)行測試平臺(tái)。該測試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與非確定性的硬件（即仿真器的FPGA）的工作。結(jié)果的正確性在使用事務(wù)的抽象級別被檢查，并且不確定性通過雜交時(shí)鐘域信號（或其它的定時(shí)效應(yīng)）引入導(dǎo)致相對于時(shí)間的事務(wù)的位置的變化。

這不是為無時(shí)序事務(wù)測試設(shè)計(jì)（參見圖3），它可以與發(fā)生和交易的各種命令的不同時(shí)間自動(dòng)處理的問題。沒有人工審核需要檢查結(jié)果的正確性。它可以自動(dòng)完成。

圖3：交易測試平臺(tái)

然而，傳統(tǒng)的定向測試基準(zhǔn)也可以是交互的，并且可以在滯后或測試的接口上的操作的重排序正確反應(yīng)，所以不宜它們只是工作以及對真實(shí)硬件事務(wù)測試平臺(tái)？不幸的是，沒有。即使傳統(tǒng)的測試平臺(tái)是互動(dòng)的，它不能直接與由于速度約束真實(shí)硬件進(jìn)行通信。HDL仿真器的速度不夠快與真正的硬件進(jìn)行通信。如果模擬的測試平臺(tái)太慢提供測試向量實(shí)時(shí)硬件，測試向量必須在一個(gè)文件中被收集，并在實(shí)際速度以后施加到硬件。

幸運(yùn)的是，TBV方法更加靈活。一個(gè)TBV測試平臺(tái)的設(shè)計(jì)上的交易者（圖1），這是在仿真器實(shí)現(xiàn)沿，并以相同的速度為，被測試的設(shè)計(jì)工作的通信。

該事務(wù)處理器也可以作為測試平臺(tái)和被測設(shè)計(jì)之間的速度橋梁。如果測試平臺(tái)太慢的交易者通常要保持測試的設(shè)計(jì)處于觀望狀態(tài)的能力。此外，交易測試平臺(tái)的速度更快，因?yàn)樗麄冊谝粋€(gè)更高的抽象層次上運(yùn)行，使用相對短消息通信交易者。此外，驗(yàn)證系統(tǒng)的速度可以通過傾倒與交易者交換以一個(gè)文件中的消息，沒有不必要的延遲后把它們應(yīng)用到硬件增加。

該方法TBV傳統(tǒng)上基于SystemC和SystemVerilog語言和庫TLM一樣，SCV或VMM，OVM或UVM有關(guān)。究其原因，聯(lián)想可能是因?yàn)門BV經(jīng)常與約束隨機(jī)生成方法使用。提到的庫包含TBV測試平臺(tái)的實(shí)施與約束隨機(jī)生成有用的元素。

SystemVerilog的測試平臺(tái)與UVM庫中的航空電子社區(qū)已經(jīng)使用;然而，TBV方法不需要被限制在任何特定的語言或庫。

交易測試平臺(tái)可以用任何語言來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，約束的隨機(jī)生成是不用于約束的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)化適當(dāng)內(nèi)置構(gòu)建體中的HDL語言實(shí)現(xiàn)困難得多。

一個(gè)VHDL測試平臺(tái)也可以是事務(wù)性的，即使不使用約束的隨機(jī)生成。它可以在更高的抽象水平編寫，并與試驗(yàn)設(shè)計(jì)了交易者溝通。 （圖4顯示了Aldec公司的DO-254 / CTS如何適應(yīng)這一點(diǎn)。）

圖4：Aldec公司的DC-254 / CTS與交易者的工作。

這樣的測試平臺(tái)架構(gòu)足以從在環(huán)硬件快速靈活的驗(yàn)證獲益;的技術(shù)已在航空航天工業(yè)中使用。

只是為了讓個(gè)人的觀察，并在核實(shí)超過50個(gè)基于FPGA的使用航空電子應(yīng)用Aldec公司的DO-254 / CTS，我注意到，像ARINC 818高速接口（或其他基于LVDS信號）總是使用驗(yàn)證事務(wù)級方法，因?yàn)楦咚俳涌诓僮鞑荒鼙环治觯◣缀酰┰诒忍丶墑e。他們必須進(jìn)行解碼，并在一個(gè)更抽象的層次提供了分析。傳統(tǒng)的位級方法用于低速接口。

項(xiàng)目總結(jié)

總之，TBV正在的航電設(shè)備的設(shè)計(jì)人員采用。它目前正在與RBV相關(guān)認(rèn)證的目的，雖然TBV主要用于高速接口，航空電子測試平臺(tái)可能會(huì)演變成為在不久的將來完全事務(wù)性測試平臺(tái)，特別是在系統(tǒng)的Verilog的日益普及和UVM庫的光在測試平臺(tái)和SoC FPGA接近航電項(xiàng)目。

此外，由于在本文開頭提到的，求的FPGA DO-254符合面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，擁有嚴(yán)格的基于需求的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的過程，必須遵循以確保產(chǎn)品發(fā)揮預(yù)期的作用。可追溯性，因此，必須在這方面Aldec公司的規(guī)格，TRACER，很多被認(rèn)為是公司的DO-254解決方案組合的一部分，被許多航空電子設(shè)備公司，以支持其RBV。

來源：“光電帝——聚焦每周世界光電技術(shù)最前沿”