基于UVM的千兆网络适配器IP的验证环境

许诺

摘 要：目前嵌入式系统的流行，使得SOC的设计在业界越来越多，而且于此带来的验证挑战也越来越大，本文描述了一种基于AXI4.0总线接口的以太网IP设计和验证环境。

关键词：UVM AXI4.0 千兆网络适配器；嵌入式系统；以太网IP设计

1 设计框图和功能介绍

本设计功能见图1。

媒介访问控制器：主要实现GMII接口数据的协议检查、封装和解封装等，并对接收到的数据进行完整性检查，对发送的数据包添加校验码。

包处理器：实现了本设计中绝大部分的关于数据包的处理，接收端的数据包解析和匹配，IP数据包的校验码解析和检查，TCP/UDP数据报的报文解析，校验码计算和检查等。发送端实现了TCP数据包的大包分片，TCP和IP校验码的计算， VLAN的插入和替换。

DMA引擎：为了降低CPU处理网络数据的负载，除了在数据包处理部分硬件卸载了很多CPU的操作，本设计还具有自带DMA功能，此DMA可以节约SOC设计中额外的DMA引擎，大大节约硬件资源。

AXI控制器：AXI接口控制器根据收到的DMA读写请求，转换成AXI 4.0总线的读地址、读数据、写地址、写数据和写应答操作。

2 验证平台介绍

2.1 UVM通用验证架构介绍

UVC的验证架构主要由driver，monitor和sequencer组成。

2.2 总体验证平台的架构（图2）

本设计的验证环境见图 2所示，本验证环境由以太网UVC，AXI 接口UVC，APB接口UVC，设计的参考模型和数据处理结果检查器组成。

以太网UVC：用于驱动DUT的gmac输入端，并收集接收到的和发送出去的数据，分别送参考模型和检查器中。

AXI 接口UVC：用于驱动AXI接口信号，将各种以太网数据包转化成AXI4.0接口的时序并驱动给DUT，同时，收集发送出去的以太网数据包，送至参考模型中处理。

APB接口UVC：用于将所有对DUT的寄存器配置转化成DUT的寄存器接口时序，并驱动。

设计参考模型：本设计参考模型由接收端处理模型和发送端处理模型，以及寄存器模型组成。从Gmac接收的数据包，经过参考模型的处理，送至检查器。AXI端发送出来的数据包，也经过参考模型的处理，送至检查器。

检查器：用于检查接收端和发送端的数据，经过参考模型处理后，是否和DUT处理的结果一致。

Virtual Sequencer：用于调度各个UVC，分别按照验证的要求发送到对应UVC。

2.3上层集成的方法

本验证环境采用标准的UVM方法学推荐的方法，将每个接口的UVC分别开发，并最终集成到设计的顶层验证环境中。通过用虚拟sequencer来调度和发送各个不同UVC的sequence，来达到不同的测试用例的数据包发送。通过将参考模型和检查器分开，细分模块的功能，易于多人并行开发。最终整个顶层的验证环境集成全部的UVC，虚拟sequencer，参考模型和检查器。对于IP的使用者，只需要将IP的验证环境顶层实例化到上层的验证环境中去，可以集成IP的验证环境，并且可以重复利用开发好的sequence，用于做更高层的测试。

3 总结

本设计适用于基于AXI 4.0接口协议兼容的网络适配器，支持多种CPU卸载功能，极大的降低了CPU在处理网络数据的负载，让CPU有更多的时间和资源去处理其他数据。

验证环境采用目前业界最流行的SV验证语言和UVM的平台框架，UVM的便利性和易于集成性，使得本验证环境能够非常容易的被更高级别的验证环境所集成，极大的减少高层验证的工作量和时间，缩短产品研发周期。

参考文献：

[1]张军，常国锋.基于UVM的高效SOC验证环境[J].科技通报，第28卷第12期2012年12.