面向XML规范的复杂数字逻辑建模与验证

汪迅宝

(安徽国际商务职业学院， 安徽 合肥 230000)

随着高要求的需求的提出，CDLS的设计目前面临诸多问题：系统复杂度越来越高，系统成本、周期、实时、高效和低功耗等要求越来越高。当前，CDLS设计常采用现有的集成开发工具进行建模，如Quartus IDE、Vivado IDE等。为解决出现的问题，首先进行需求分析、建模，然后采用多种验证方法对所建模型进行验证。

1 面向XML规范的复杂数字逻辑建模与验证

本设计包含面向XML规范的复杂数字逻辑建模与验证2部分内容，前者为后者提供理论依据。

(1)面向XML规范的复杂数字逻辑建模。结合XML语言的结构化、层次性的特征和数字逻辑系统建模理论，实现对CDLS建模，达到更加高级的数字逻辑系统描述的目的，使开发者只需要考虑模块功能需求，避免模块功能的逻辑结构实现的时间开销。针对高层次复杂逻辑系统，采用系统-模型策略(即将复杂的问题分解为多个细小问题)，将复杂系统问题细粒度化解决。

(2)面向XML规范的复杂数字逻辑验证。它是利用多级验证技术对采用XML规范建立的复杂数字逻辑模型进行验证其功能及其时序的正确性。结合了编译原理中的词法、语法和语义分析以及电子设计自动化相关理论和技术，包括有效性、功能/时序仿真和基于FPGA开发板的在线验证，以实现将XML自动转换为Verilog并进行仿真验证，以下载到目标板上进行在线验证。 本项XModel工具的设计，能够将用XML规范描述的数字逻辑电路自动转换为Verilog并进行仿真验证，以便下载到FPGA板上进行在线验证。

2 Xmodel系统需求分析

2.1 系统功能分析

XModel系统的总目标是：基于Microsoft Visual Studio 2010平台，开发一个体系结构完善，便于扩展、更新、维护，且具有良好人机交互的复杂数字逻辑建模与验证平台。采用XML源语言设计的数字逻辑组件，经过仿真调试，并进一步转换为Verilog文件，为下一步利用其他EDA工具下载至FPGA上进行在线验证。XModel系统的主要功能如图1所示，其中HDL仿真、HDL综合、FPGA板级验证3个模块使用现有成熟的EDA工具完成。

图1 系统功能结构图

2.2 Xmodel系统的实现

根据系统描述，对Xmodel系统进行模块分析设计，主要模块有：语法分析 模块、词法分析 模块、语义分析模块、XML综合模块、有效性验证模块、原型仿真模块。

(1) 词法分析(XM_Lexer)。它是以源程序字符文件为输入对象，以源程序语法规则为策略，从输入对象中过滤出关键字、运算符号以及其他标识符等，并标记。在Xmodel系统的词法分析的主要功能如图2所示。

图2 词法分析器的功能

(2) 语法分析(XM_Parse)。Xmodel系统以词法分析为基础，以源程序语法规则为基准，分析词法Fenix中的标记是否符合基准要求，以及标记对应结构是否符合基准要求，如程序设计中的“{”与“}”是否成对出现、“=”两边应有2个对象等，分析结果给出相应分析报告或指示，Xmodel系统的语法分析的主要功能如图3所示。

图3 语法分析的功能

(3)语义分析(XM_Syn)。Xmodel系统在语法分析和语义分析基础之上，结合模块程序完整性，检测程序中结构中的标记对象的语义规则，分析标记对象是否符合语义规则约束，并给出分析结果，如在源程序是否存在变量同名、赋值非法等。

(4)有效性验证(XM_Eff)。包含完整性验证(XM_Com)和稳定性验证(XM_Stab)两方面内容,顺序调用模块XM_Com、XM_Stab；可重用。

在Xmodel系统设计过程中，首先，根据客户需求设计出系统组件模型，在模型设计流程里，组件模型与用户实际需求可能会存在一定差别。为尽快缩小这种差别，尽最大程度满足客户需求，可以对早期建立的系统组件模型进行初步验证检测，(即有效性检测)，由系统模型完整性和稳定性的验证组成。

(5) 原型仿真(XM_Fs)。原型仿真即对源代码进行功能仿真，不涉及延时考虑，其作用是：对源代码进行功能仿真，功能仿真对上生成的XML代码加入测试信号(激励文件.in)，生成波形，检查波形结果是否满足要求，并记录于波形文件内。

对复杂逻辑组件功能验证，验证仿真前，对复杂逻辑组件展开处理，约定输入信号组，验证各子组件的端口信号变换，生成输出结果。

(6)系统实例验证。本文以全加器的XML描述为例，使用XModel系统对其进行设计验证，设计验证步骤主要有：源文件输入、仿真、综合，后续验证可调用第3方EDA工具进行。

3 结束语

本项设计的建模与验证工具XModel不需要高端的硬件设备，具有很高的可行性，可扩展性强，适用于各种数字逻辑开发。本项目设计的建模与验证工具XModel具有如下创新点：① 采用XML描述数字逻辑电路；② 采用组件式建模，便于复用；③ XModel系统可将XML自动转换为Verilog并进行验证。

当前，建模与验证工具多数为直接采用Verilog和VHDL描述数字逻辑，而此设计采用XML描述数字逻辑，易于开发者进行开发。