SystemVerilog Assertion 设计、调试、测试总结(2)

谁都会走 提交于 2019-12-01 18:37:20

上一篇博客主要写了SVA的基本语法(详细),这一篇主要写SVA语法总结,以及如何查看SVA波形等。

断言assertion被放在verilog设计中,方便在仿真时查看异常情况。当异常出现时,断言会报警。一般在数字电路设计中都要加入断言,断言占整个设计的比例应不少于30%。以下是断言的语法:

1. 断言的位置

SVA的插入位置:在一个.v文件或者.sv的文件中:

                module ABC ();

                   rtl 代码

                   SVA断言

                endmodule

如:

module inline(

       input logic        clk ,

       input logic        a   ,

       input logic        b   ,

       input logic  [7:0] d1  ,

       input logic  [7:0] d2  ,

       output logic [7:0] d

 );

  always @(posedge clk)

  begin

  if(a)

    d <= d1;

  if(b)

       d <= d2;

  end

 

  property p_mutex;

       @(posedge clk) not (a && b);

  endproperty

 

  a_mutex: assert property (p_mutex);

endmodule

 

注意:不要将SVA写在endmodule外面。

 

2. 断言格式

断言编写的一般格式是:

【例】断言名称1:assert property(事件1)       //没有分号

          $display("........",$time);                      //有分号

          else

          $display("........",$time);                      //有分号

 

          断言名称2:assert property(事件2)

          $display("........",$time);

          else

          $display("........",$time);

 

   断言的目的是:断定“事件1”和“事件2”会发生,如果发生了,就记录为pass,如果没发生,就记录为fail。注意:上例中没有if,只有else,断言本身就充当if的作用。在VCS仿真的过程中,默认打印断言失败的情况,上述语句既可以打印断言失败的语句也可以打印断言成功的语句。

 

上例中,事件1和事件2可以用两种方式来写:

   (1) 序列块:

  sequence name;

    .....................; 

  endsequence

 

   (2) 属性块:

  property name;

    .....................;

  endsequence

 

  从定义来讲,sequence块用于定义一个事件(砖),而property块用于将事件组织起来,形成更复杂的一个过程(楼)。sequence块的内容不能为空,你写乱字符都行,但不能什么都没有。sequence也可以包含另一个sequence, 如:

   sequence s1;

    s2(a,b);

  endsequence  //s1和s2都是sequence块

 

    sequence块和property块都有name,使用assert调用时都是:“assert property(name);”

    在SVA中,sequence块一般用来定义组合逻辑断言,而property一般用来定义一个有时间观念的断言,它会常常调用sequence,一些时序操作如“|->”只能用于property就是这个原因。

     

   注:以下介绍的SVA语法,既可以写在sequence中,也可以写在property中,语法是通用的。

3. SVA语法

3.1. 带参数的property、带参数的sequence

property也可以带参数,参数可以是事件或信号,调用时写成:assert property (p1(a,b))

被主sequence调用的从sequence也能带参数,例如从sequence名字叫s2,主sequence名字叫s1:

  sequence s1;

    s2(a,b);

  endsequence

 

3.2. property内部定义局部变量

内部可以定义局部变量,像正常的程序一样

  property p1;

              int cnt;

              .....................

  endproperty

 

【注】在介绍语法之前,先强调写断言的一般格式:

    一般,断言是基于时序逻辑的,单纯进行组合逻辑的断言很少见,因为太费内存(时序逻辑是每个时钟周期判断一次,而组合逻辑却是每个时钟周期内判断多次,内存吃不消)。

    因此,写断言的一般规则是: time + event,要断定发生什么event,首先要指定发生event的时间,例如

  每个时钟上升沿 + 发生某事

  某信号下降时 + 发生某事

 

3.3. 语法1:信号(或事件)间的“组合逻辑”关系

   (1) 常见的有:&&, ||, !, ^

   (2) a和b哪个成立都行,但如果都成立,就认为是a成立:firstmatch(a||b),与“||”基本相同,不同点是当a和b都成立时,认为a成立。

   (3) a ? b:c —a事件成功后,触发b,a不成功则触发c

 

3.4. 语法2:在“时序逻辑”中判断独立的一根信号的行为

    @ (posedge clk) A事件: —当clk上升沿时,如果发生A事件,断言将报警。

   边沿触发内置函数:(假设存在一个信号a)

     $rose( a );—信号上升

     $fell( a ); —信号下降

     $stable( a );—信号值不变

 

3.5. 语法3:在“时序逻辑”中判断多个事件/信号的行为关系

   (1) intersect(a,b) —断定a和b两个事件同时产生,且同时结束。

   (2) a within b    —断定b事件发生的时间段里包含a事件发生的时间段。

   (3) a ##2 b      —断定a事件发生后2个单位时间内b事件一定会发生。

       a ##[1:3] b  —断定a事件发生后1~3个单位时间内b事件一定会发生。

       a ##[3:$] b  —断定a事件发生后3个周期时间后b事件一定会发生。

   (4) c throughout (a ##2 b) —断定在a事件成立到b事件成立的过程中,c事件“一直”成立。

   (5) @ (posedge clk) a |-> b  —断定clk上升沿后,a事件“开始发生”,同时,b事件发生。

   (6) @(posedge clk) a.end |-> b — 断定clk上升沿后,a事件执行了一段时间“结束”后,同时,b事件发生。

   注:"a |-> b" 在逻辑上是一个判断句式,即:

                    if a

                       b;

                    else

                       succeed;

   因此,一旦 a 发生,b 必须发生,断言才成功。如果a没发生,走else,同样成功(空成功)。    

 

   (7) @ (posedge clk) a |=> b   —断定clk上升沿后,a事件开始发生,下一个时钟沿后,b事件开始发生。      

   (8) @ (posedge clk) a |=>##2b —断定clk上升沿后,a事件开始发生,下三个时钟沿后,b事件开始发生。

   (9) @ (posedge clk) $past(a,2) == 1'b1 —断定a信号在2个时钟周期“以前”,其电平值是1。

   (10) @ (posedge clk) a [*3] —断定a在连续3个时钟周期内都成立。

          @ (posedge clk) a [*1:3] —断定a在连续1~3个时钟周期内都成立。

          @ (posedge clk) a [->3] —断定a在非连续的3个时钟周期内都成立。

    

   举一个复杂点的例子:

  property ABC;

     int tmp;

    @(posedge clk) ($rose(a),tmp = b) |-> ##4 (c == (tmp*tmp+1)) ##3 d[*3];

  endproperty 

 

a_ABC: assert property(事件2)

   上例的一个property说明:当clk上升沿时,断言开始。首先断定信号a由低变高,将此时的信号b的值赋给变量tmp,4个时钟周期后,断定信号c的值是4个周期前b^2+1,再过3个周期,断定信号d一定会起来,再过3个周期,信号d又起来一次,只有这些断定都成功,该句断言成功。否则,信号a从一开始就没起来,则断言也成功。

3.6 语法4:多时钟域联合断言

  一句断言可以表示多个时钟域的信号关系,例如:

  @(posedge clk1)  a |-> ##1 @ (posedge clk2) b

  当clk1上升沿时,事件a发生,紧接着如果过来第二个时钟clk2的上升沿,则b发生。“##1”在跨时钟时不表示一个时钟周期,只表示等待最近的一个跨时钟事件。所以此处不能写成##2或其他。但是可以写成:

  @ (posedge clk1) a |=> @ (posedge clk2) b

3.7. 语法5:总线的断言函数

   总线就是好多根bit线,共同表示一个数。SVA提供了多bit状态一起判断的函数,即总线断言函数:

   (1) $onehot(BUS)      —BUS中有且仅有1 bit是高,其他是低。

   (2) $onehot0(BUS)     —BUS中有不超过1 bit是高,也允许全0。

   (3) $isunknown(BUS)   —BUS中存在高阻态或未知态。

   (4) countones(BUS)==n —BUS中有且仅有n bits是高,其他是低。

3.8 语法6:屏蔽不定态

    当信号被断言时,如果信号是未复位的不定态,不管怎么断言,都会报告:“断言失败”,为了在不定态不报告问题,在断言时可以屏蔽。

    如: @(posedge clk) (q == $past(d)),当未复位时报错,屏蔽方法是将该句改写为:

         @(posedge clk) disable iff (!rst_n) (q == $past(d))  //rst是低电平有效

3.9. 语法7:断言覆盖率检测

name: cover property (func_name)

功能覆盖是按照设计规范衡量验证状态的一个标准,它可以分成两类。

a.  协议覆盖

b. 测试计划覆盖

断言可以用来获得有关协议覆盖的穷举信息。SVA提供了关键词“cover”来实现这一功能,cover语句的基本语法如下所示。

       <cover_name> : cover property (property_name)

“cover_name”是用户提供的名称,用来标明覆盖语句,“property_name”是用户想获得覆盖信息的属性名。如:

       c_mutex : cover property (property_mutex);

       cover语句的结果包含下面的信息:

       (1)、属性被尝试检验的次数。

       (2)、属性成功的次数。

       (3)、属性失败的次数。

       (4)、属性空成功的次数。

       检验器“mutex_clk”在一次模拟中的覆盖日志的实例如下所示。

 

       就像断言(assert)语句一样,覆盖(cover)语句可以有执行块。在一个覆盖成功匹配时,可以调用一个函数(function)或者任务(task),或者更新一个局部变量。

 

4. 在VCS中加入断言编译和显示功能:

    在fsdb文件中加一句话:$fsdbDumpSVA

   在VCS编译参数:vcs中加入一些options:

编译选项:

           -assert enable_diag\

           -assert vpiSeqBeginTime\

           -assert vpiSeqFail\

执行选项:

           -assert report=路径\

           -assert finish_maxfail=100

5.总结

以下是一些编写断言的总结:

1. 断言的目的

传统的验证方法是通过加激励,观察输出。这种方法对案例的依赖严重,案例设计不好,问题不便于暴露。而断言是伴随RTL代码的,不依赖测试案例,而是相对“静态”。例如:我们要测试一个串行数据读写单元,数据线只有一根,先传四位地址,再传数据。

(1)案例验证法:写一个地址,再写一段数据,然后读取该地址,看输出的是不是刚才写的数据。

(2)断言法:不需要专门设计地址和数据,当发起写时,在地址传输的时间里将地址存储到一个变量里,在数据传输的时间里将数据存储到一个变量里,观察RAM中该地址是否存在该数据就可以了。

    断言设计相当于在电脑上把RTL实现的功能再实现一遍。

 

2. 断言中可以包含function和task

function经常用于断言,因为有的处理很复杂,而断言又是“一句式”的,无法分成好几句进行表达,所以需要function替断言分担工作。

 

3. 断言允许规定同时发生的事件,就是组合逻辑,你可以写成:a&& b,也可以写成 a ##0 b,不能写 ##0.5,不支持小数。

 

4. 断言是用电脑模仿RTL的运行过程,当RTL功能复杂时,你必须用到变量。断言中支持C语言的int和数组声明,但在赋值时“不能”写成:##4 var = Signal,其中var是断言中的变量,和RTL无关,Signal是RTL中的一个信号。本句是想在第4周期将Signal的值赋给var,以便在后面使用该值。但本句只有变量赋值,没有对RTL信号的任何断言,就会报错,解决方法是:##4 (“废话”,var = Signal),一定要有断言的话我们就写“废话”,例如:data == data 等。如果有多个变量要赋值也可以,##4 (废话,变量1赋值,变量2赋值...........)

 

5. 关于断言的表达风格:语法介绍的 “a |-> b”,实际上是 “if a, then b”的逻辑,当a不发生,b也不会被判断,该断言自然成功(空成功)。但当我们的逻辑是

        if a1

        {

           if a2 

              then b

        }

该如何用断言表达或许可以写成:“a1 |-> a2 |-> b”,也可以,但常用的表达是:

       “a1&& a2 |-> b” 或者 “a1 ##3 a2 |-> b”

 

6. 关于断言的时序:时序逻辑的断言需要注意的一个问题:

   例如:假设当clk上升沿到来时,b<=a。将上述逻辑写成断言时,如果写成“@(posedge clk) b==a”,看起来和 b<=a一样,但实际上是错的。因为当时钟上升时,b还没有得到a的值,a还需要一段保持时间。即,断言中的信号值实际上是时钟沿到来之前的值,而不是时钟沿到来后他们将要编程的值。所以,b<=a逻辑的断言应该是:

“@ (posedge clk) (a==a, tmp=a) |=> (b==tmp);”

针对上述几点,举一个复杂的例子:

断言wr的功能是检查串行地址输入是否正确,串行地址输入线是 DataIn 。$time返回值以0.1ns为单位(因为我在testbench中的单位规定是`timescale 1ns/100ps,精度是100ps = 0.1ns),所以$time/10才是ns。

 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    wr: assert property(wr_p)

    $display("succeed:",$time/10);

    else

        $display("error: ",$time/10);

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//断言可以声明一个int数组arr[4],

//“@(posedge clk) !vld_pulse_r[0] && !DataIn”是真实的预备条件

//“##4 (read==read, arr[0] = DataIn)”只是为了在特定时间内赋值,有用的语句是“arr[0] = DataIn”,//“read==read”是废话,为了编译通过。

//arr赋值完毕后,进入function进行处理,判断实际地址addr跟junc处理过的数据是否相同。

//“addr == junc(arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);”就是function调用。

 

    property wr_p;

        int arr[4];

        @(posedge clk) !vld_pulse_r[0] && !DataIn   

            ##4 (read==read, arr[0] = DataIn) 

            ##1 (read==read, arr[1] = DataIn) 

            ##1 (read==read, arr[2] = DataIn) 

            ##1 (read==read, arr[3] = DataIn) |=>

            addr == junc(arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);

    endproperty

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    function [3:0] junc;

        input a,b,c,d;

        reg [3:0] a1;

        reg [3:0] b1;

        reg [3:0] c1;

        reg [3:0] d1;

 

        a1 = {3'b0,a};

        b1 = {3'b0,b};

        c1 = {3'b0,c};

        d1 = {3'b0,d};

        junc = a1+(b1<<1)+(c1<<2)+(d1<<3);

        $display(junc);

    endfunction

////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 

7. 如果想在SVA中使用类似for(){....}的功能,别忘了语法中介绍的[*3],这是在断言中实现for的唯一方式。

                ##4 (废话, cnt = 0, arr[cnt] = DataIn, cnt++)   //初始化一下,

                ##1 (read==read, arr[cnt] = DataIn, cnt++)[*3]  //循环3次

 

8. 每句断言都是一个小程序:如上例,在##4时间点上,(废话, cnt = 0, arr[cnt] = DataIn, cnt++)就是一个小程序,信号断言必须是第一句,其他运算按照顺序进行。

 

9. 断言的变量除了可用C语言中的int,float外,还可以是reg [n:0]等数字电路类型。

 

10. 注意:

像这种写法:

    property ept_p;

        @(posedge rd_clk)   ((rd_num == 0) |-> rd_ept)

                         && (rd_ept |-> (rd_num == 0));

    endproperty

是错误的,写了|->,就不能再用 && 等事件组合逻辑了。

解决方法是使用2个断言,没更好的方法。

 

 

这篇文档是参考别人的,具体是谁的,我也不记得了,只知道这篇文档对我的帮助很大,入门的文档,写的很不错。

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