系统芯片（SoC）验证方法与技术 (2010 年度畅销榜NO.2311 )

本书从最高层次的系统级验证直至最终的物理实现和签付，详细介绍了各种设计抽象级别和各阶段所涉及到的各种验证方法及工具。主要内容包括各种不同类型的仿真、软件/硬件协同验证、数字/模拟混合验证、网表静态验证、物理验证、测试平台迁移、形式模型与等价性检查、代码静态检查与代码覆盖状况分析、定向随机测试等验证技术。\r\n 本书以蓝牙系统芯片为例，各章中有结合实际的代码和脚本可供读者参考，以帮助读者进一步深入理解。 \r\n 本书内容全面、翔实，可作为从事系统芯片设计的工程人员、研究者和高等院校相关专业师生的参考材料，对于从事传统集成电路设计和验证的人员有较高的指导和借鉴价值。 \r\n \r\n

第1章 绪言\r\n 1.1 工艺的挑战\r\n 1.2 可供选用的验证技术\r\n 1.3 验证方法\r\n 1.4 测试平台的建立\r\n 1.5 测试平台的迁移\r\n 1.6 验证语言\r\n 1.7 验证IP重用\r\n 1.8 验证途径\r\n 1.9 验证和器件测试\r\n 1.10 验证计划\r\n 1.11 蓝牙系统芯片的参考设计\r\n 参考文献\r\n第2章 系统级验证\r\n 2.1 系统设计\r\n 2.2 系统验证\r\n 2.3 蓝牙系统芯片\r\n 参考文献\r\n第3章 功能级验证\r\n 3.1 IP功能块\r\n 3.2 功能块级验证\r\n 3.3 蓝牙系统芯片的功能块细节\r\n 3.4 代码静态检查\r\n 3.5 模型形式检查\r\n 3.6 功能验证与仿真\r\n 3.7 协议检查\r\n 3.8 定向随机测试\r\n 3.9 代码覆盖状况分析\r\n 参考文献\r\n第4章 模拟与混合信号仿真\r\n 4.1 混合信号仿真\r\n 4.2 设计抽象层次\r\n 4.3 仿真环境\r\n 4.4 使用SPICE\r\n 4.5 仿真方法\r\n 4.6 蓝牙系统芯片中的数模转换器\r\n 4.7 含模拟混合信号功能块的芯片级验证\r\n 参考文献\r\n第5章 仿真\r\n 5.1 功能仿真\r\n 5.2 测试平台壳\r\n 5.3 基于事件的仿真\r\n 5.4 基于周期的仿真\r\n 5.5 ASB/APB桥的仿真\r\n 5.6 基于事件和基于周期相混合的仿真\r\n 5.7 基于事务的验证\r\n 5.8 仿真加速\r\n 参考文献\r\n第6章 软件/硬件协同验证\r\n 6.1 软件/硬件协同验证环境\r\n 6.2 仿效\r\n 6.3 软原型或虚拟原型\r\n 6.4 协同验证\r\n 6.5 快速原型系统\r\n 6.6 软件/硬件验证方法的比较\r\n 6.7 基于FPGA的设计\r\n 6.8 开发电路印刷板\r\n 6.9 软件测试\r\n 参考文献\r\n第7章 网表静态验证\r\n 7.1 网表验证\r\n 7.2 蓝牙系统芯片的仲裁器\r\n 7.3 等价性检查\r\n 7.4 时序静态验证\r\n 参考文献\r\n第8章 物理验证与设计签付\r\n 8.1 设计检查\r\n 8.2 物理效应分析\r\n 8.3 设计签付\r\n参考文献\r\n附录 术语表 \r\n\r\n\r\n

硅集成电路自1958年美国德州仪器公司（TI）发明至今的40多年来，为满足电子整机系统及其终端产品日新月异的发展需求，在技术及其产品市场需求的驱动下，已经历了孕育期、开发期、发展期和成熟期。在整个集成电路发展历程中，一直遵从摩尔定律，追求着集成度的提高和成本降低的变化规律。 在20世纪90年代中末期，随着互联网的广泛普及，数字化、个性化、微型化、低功耗的计算机和通信及消费类电子（即3C）相融合的产品已经成为全球性的发展趋势。针对这新一轮的发展，集成电路除了提升工艺技术、减小特征尺寸、增大晶圆片直径及完善封装测试技术外，更重要的是必须改善乃至变革集成电路的设计方法，以适应集成电路产品创新速度加快及设计效率提高的需求。 对于系统芯片这个新鲜事物，至今还没有完整、权威的定义，业界普遍认为是指在单个芯片上实现一个系统所具有的信号采集、转换、储存、处理和输入/输出（I/O）等功能的电路，是在单个芯片上广泛采用预先设计好的知识产权（IP）模块、通过各种重用技术而快速开发出来的集成电路。系统芯片的基本特征是内嵌CPU核和诸如DSP之类的核心IP、一定容量的存储器、强大的信号和数据处理能力、具有片内操作系统和应用软件、采用软件/硬件协同设计等。 与传统芯片相比较，系统芯片以更低的功耗、更高的性价比、更快的上市时间等特点，极大地提高了系统整机的性能，降低了成本和体积，成为将集成电路设计与电子系统设计及整机应用结合的纽带，以达到省时、省钱、提高效益的目的。 系统芯片的出现，既带来了各方面的机遇，也为设计带来了诸多挑战。它将系统概念设计、架构设计与系统建模、寄存器传输级电路设计、物理设计等原本属于不同学科和应用领域的问题集中到一块系统芯片的设计之中。所有设计环节无一不需要经过缜密而严格的仿真和验证，这正是系统芯片设计所面临的重大挑战和难点课题之一。正如原书序所言：“验证不仅是很棘手，而且是非常棘手”，“验证至少占据了70%的设计工作量。” 译者在多年的芯片设计工作中，也深切体会到了验证工作对芯片设计具有决定性的作用。从制定系统设计规约开始，验证工作就已经开始。在架构设计、行为级的系统建模到模块化的设计和实现，以及最终的网表和后端布局、布线等一系列过程中，验证工作都一直是如影相随，总是要不断地进行仿真和验证。在一个设计团队中，专门的验证小组和验证部门也已经成为芯片设计团队主要的组成部分，验证方法和验证工具也成为重要的研究和开发方向。 因此，对于国内集成电路设计人员而言，全面了解和深入理解验证的重要性和各种验证方法极为必要。本书几位作者都是长期研究系统芯片设计和验证工作的资深专家，对于系统芯片的验证有着最切身的体会和全面准确的把握，总结和归纳了很多卓有成效的验证方法和经验。从最高层次的系统级验证直至最终的物理实现和签付，本书详尽地阐述了在各种设计抽象级别和各个阶段所涉及到的各种验证方法及其主要特点和工具。全书还有大量结合实际的示例、代码和脚本可供读者学习和参考，帮助读者进一步深入理解。 本书内容全面、翔实，可以作为从事系统芯片设计的工程设计人员、相关专业师生的参考资料，书中很多内容对于从事传统集成电路设计和验证的人员也有着很强的指导和借鉴作用。 译者在翻译过程中保留了原书的部分书写规则，并且修正了原著中的错误和疏漏之处。 本书由孙海平和丁健主译；张睿卿、林爽和齐海鹏参与了部分章节的翻译和修订，孙海平统稿。在此，谨向为本书的出版付出辛勤劳动的所有人员致以诚挚的感谢！还要特别感谢本书的责任编辑高买花老师的细致、耐心和敬业精神！ 在翻译过程中，我们力求译意准确、术语恰当，但限于水平，必然存在错误和不足之处，恳请读者及时通过电子邮件（hp.sun@263.net和johnsond@public3.bat.net.cn）向我们提出批评指正。 译 者 2004年8月

Prakash Rashinkar在通信卫星、运载火箭、太空船地面系统、高性能计算机、网各交换、多媒体和无线应用等领域拥有超过15年的嵌入式系统设计和验证工作经验。他毕业于印度Warangal的Regional Engineering College，获电气工程理学硕士学位。他在Cadence Design Systems公司领导一个团队负责系统芯片验证方法的研究工作，是VSIA功能验证研发工作组成员。目前，他是Cadence公司纵向市场和设计环境工作组的核心设计师。
Peter Paterson在ASIC和计算机系统设计领域拥有超过20年的工作经验。他毕业于苏格兰Robert Gordon大学，获电气工程理学学士学位。他在Unisys公司时带领团队设计出了第一块主机芯片SCAMP和一款单芯片砷化镓处理器，这两种器件是当今系统芯片器件的早期雏形。在Cadence公司工作期间，他缔造的基于平台的系统芯片设计方法交付给Scottish Enterprise公司作为ALBA工程的一部分。他也是VSIA功能验证研发工作组成员。目前，他是Vixel公司的ASIC研发总监。
Leena Singh在多媒体、无线通信、过程控制等应用领域拥有超过9年的ASIC设计和验证的工作经验。Leena毕业于印度Chandigarh的Punjab大学，获电气工程理学学士学位。她是Cadence公司系统芯片验证方法研发成员。目前，她是Cadence公司纵向市场和设计环境工作组的主任设计工程师。

近几年来，半导体工业面临的主要挑战是如何才能花费比以往少得多的时间设计出功能复杂度和应用领域的多样性满足需求的系统芯片。在有待解决的各种挑战中，真正居首位的是验证。众多学者一致认为验证至少占据了70%的设计工作量。 对最终设计验证其正确性，被视为对设计更复杂的系统芯片（SoC）和开发应用前沿的加工工艺起到了关键性的保障作用。在虚拟插座接口联盟（VSIA）于1999年成立验证专题研究组（Verification Workshop）之际，众多世界级的验证专家达成“验证很棘手”的结论。数周之后，经过相当深入的探讨，最终的结论是“验证不仅是很棘手，而且是非常棘手”。另外一项调查结论是：没有任何一种设计工具能够单独用来解决此问题。相反地，需要结合包括传统仿真、定向验证和随机验证以及形式技术在内的一系列工具和技术来将设计错误减少到最少。 第三届VSIA验证会议得出“验证不仅是非常棘手，而且是非常、非常棘手”的结论。这一趣闻进而激发出这本讨论系统芯片验证的专题著作。有效验证是设计重用的基础，通过设计重用许可来获取生产率收益对于开发利用先进的加工工艺是必不可少的。每一个可重用的设计功能块都必须附带可重用的、用来在功能块内实现透彻验证的完备的测试平台或成套验证材料。此外，设计团队必须懂得“重用而非返工”的原则，即无须修改地将各个设计功能块及其相关的成套验证纳入系统芯片设计中。 Rashinkar、Paterson和Singh的这本著作是一本全面介绍系统芯片验证方法的综合指南，也是介绍验证工程师和设计工程师能够采用的各种工具、技术和方法的知识宝库。本书作者以清晰的逻辑思路介绍验证的方方面面，从系统级验证到各个功能块的验证，既有数字信号功能块，也有模拟/混合信号功能块，随后介绍仿真、软件/硬件协同验证、网表静态验证、物理验证等技术。需要特别留意各种新技术，如系统级设计途径、测试平台迁移、形式模型与等价性检查、代码静态检查与代码覆盖状况分析、定向随机测试、用于测试平台的基于事务的验证技术、各种原型和仿效途径等。本书结合一种支持蓝牙消费电子应用的架构来讲解各种验证方法和技术的实际应用。 本书将为系统芯片和复杂ASIC设计项目在开发恰当的验证策略方面提供重大帮助。使用这些最先进的技术将有助于引领大家更快地迈向“设计与验证重用而无须返工”这一梦想。让我们向这本意义深远的著作致以热烈的喝彩！ Grant Martin 系统级设计与验证领域研究员 Larry Rosenberg VSIA技术委员会主席