基于UVM的千兆網絡適配器IP的驗證環境

許諾

摘 要：目前嵌入式系統的流行，使得SOC的設計在業界越來越多，而且于此帶來的驗證挑戰也越來越大，本文描述了一種基于AXI4.0總線接口的以太網IP設計和驗證環境。

關鍵詞：UVM AXI4.0 千兆網絡適配器；嵌入式系統；以太網IP設計

1 設計框圖和功能介紹

本設計功能見圖1。

媒介訪問控制器：主要實現GMII接口數據的協議檢查、封裝和解封裝等，并對接收到的數據進行完整性檢查，對發送的數據包添加校驗碼。

包處理器：實現了本設計中絕大部分的關于數據包的處理，接收端的數據包解析和匹配，IP數據包的校驗碼解析和檢查，TCP/UDP數據報的報文解析，校驗碼計算和檢查等。發送端實現了TCP數據包的大包分片，TCP和IP校驗碼的計算， VLAN的插入和替換。

DMA引擎：為了降低CPU處理網絡數據的負載，除了在數據包處理部分硬件卸載了很多CPU的操作，本設計還具有自帶DMA功能，此DMA可以節約SOC設計中額外的DMA引擎，大大節約硬件資源。

AXI控制器：AXI接口控制器根據收到的DMA讀寫請求，轉換成AXI 4.0總線的讀地址、讀數據、寫地址、寫數據和寫應答操作。

2 驗證平臺介紹

2.1 UVM通用驗證架構介紹

UVC的驗證架構主要由driver，monitor和sequencer組成。

2.2 總體驗證平臺的架構（圖2）

本設計的驗證環境見圖 2所示，本驗證環境由以太網UVC，AXI 接口UVC，APB接口UVC，設計的參考模型和數據處理結果檢查器組成。

以太網UVC：用于驅動DUT的gmac輸入端，并收集接收到的和發送出去的數據，分別送參考模型和檢查器中。

AXI 接口UVC：用于驅動AXI接口信號，將各種以太網數據包轉化成AXI4.0接口的時序并驅動給DUT，同時，收集發送出去的以太網數據包，送至參考模型中處理。

APB接口UVC：用于將所有對DUT的寄存器配置轉化成DUT的寄存器接口時序，并驅動。

設計參考模型：本設計參考模型由接收端處理模型和發送端處理模型，以及寄存器模型組成。從Gmac接收的數據包，經過參考模型的處理，送至檢查器。AXI端發送出來的數據包，也經過參考模型的處理，送至檢查器。

檢查器：用于檢查接收端和發送端的數據，經過參考模型處理后，是否和DUT處理的結果一致。

Virtual Sequencer：用于調度各個UVC，分別按照驗證的要求發送到對應UVC。

2.3上層集成的方法

本驗證環境采用標準的UVM方法學推薦的方法，將每個接口的UVC分別開發，并最終集成到設計的頂層驗證環境中。通過用虛擬sequencer來調度和發送各個不同UVC的sequence，來達到不同的測試用例的數據包發送。通過將參考模型和檢查器分開，細分模塊的功能，易于多人并行開發。最終整個頂層的驗證環境集成全部的UVC，虛擬sequencer，參考模型和檢查器。對于IP的使用者，只需要將IP的驗證環境頂層實例化到上層的驗證環境中去，可以集成IP的驗證環境，并且可以重復利用開發好的sequence，用于做更高層的測試。

3 總結

本設計適用于基于AXI 4.0接口協議兼容的網絡適配器，支持多種CPU卸載功能，極大的降低了CPU在處理網絡數據的負載，讓CPU有更多的時間和資源去處理其他數據。

驗證環境采用目前業界最流行的SV驗證語言和UVM的平臺框架，UVM的便利性和易于集成性，使得本驗證環境能夠非常容易的被更高級別的驗證環境所集成，極大的減少高層驗證的工作量和時間，縮短產品研發周期。

參考文獻：

[1]張軍，常國鋒.基于UVM的高效SOC驗證環境[J].科技通報，第28卷第12期2012年12.