CN108197351B

CN108197351B - 一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法

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Publication number: CN108197351B
Application number: CN201711329579.6A
Authority: CN
Inventors: 徐小倩; 喻贤坤; 刘松林; 樊旭; 彭斌; 穆辛; 王莉; 李健; 姜爽; 孔瀛; 毛鹤莉; 王潇潇; 莫艳图; 宋奎鑫; 李卓
Original assignee: Beijing Microelectronic Technology Institute; Mxtronics Corp
Current assignee: Beijing Microelectronic Technology Institute; Mxtronics Corp
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: CN108197351A

Abstract

本发明提供了一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，包括如下步骤：(1)、编写相应的单片机仿真模型，用来模拟单片机；(2)、将该单片机仿真模型与待验证集成电路仿真模型相连，形成顶层测试模块；(3)、编写待测集成电路的单片机测试程序，编译生成可烧录至单片机程序存储器的可执行测试程序；(4)、将可执行测试程序转换成*.memh文件形式；(5)、编写仿真验证测试程序，在仿真验证测试程序中，实例化顶层测试模块，通过$readmemh系统函数，把*.memh文件形式的可执行测试程序加载到单片机仿真模型的程序存储器中；(6)、运行仿真验证测试程序，完成受单片机控制的集成电路仿真验证。本发明提高测试程序的复用性，从而提高了芯片的验证效率。

Description

一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法

技术领域

本发明涉及一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，特别是应用于待验证集成电路是由单片机控制的情况下，该电路可以看作是单片机的一个外部设备，属于半导体数字集成电路仿真验证领域。

背景技术

在数字集成电路的设计过程中，仿真验证是一个重要的环节，在前期它可以检验RTL模型是否能完成预期的功能，在后期还要对包含延迟信息的RTL进行时序仿真。随着电路的集成度越来越高，功能越来越复杂，对仿真验证的要求也越来越高。在大量验证向量的编写过程中，传统的验证方法需要谨慎设置向量变化的时序关系，显得比较繁琐，容易出错，而且很浪费时间。在传统的仿真验证过程中，我们在写测试程序时，需要设置大量延时，来模拟芯片在实际工作时，输入端口数据的改变时间，以满足其建立时间和保持时间的要求。

另外，除了通过软件工具对硬件描述语言编写的芯片进行仿真验证外，通常在后续的芯片制造过程中，还需要进行板级的测试，此时就需要重新编写测试程序，导致浪费了大量的时间。

我们希望找到一种方法，可以快速而准确的产生测试程序，而且使测试程序的复用性足够高，这样就可以大大的提高芯片制造的效率，降低成本。

发明内容

本发明的技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供了一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法。在待验证芯片是由单片机控制的情况下，能够更真实的模拟芯片的实际工作场景，降低产生测试程序的复杂度，并且提高测试程序的复用性，从而提高了芯片的验证效率。

本发明的技术解决方案是：一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，该方法包括如下步骤：

(1)、根据控制待验证集成电路的单片机型号，采用硬件描述语言，编写相应的单片机仿真模型，用来模拟单片机；

(2)、按照实际电路连接，将该单片机仿真模型与待验证集成电路仿真模型相连，形成顶层测试模块；

(3)、编写待测集成电路的单片机测试程序，对单片机测试程序进行编译生成可烧录至单片机程序存储器的可执行测试程序；

(4)、将可执行测试程序转换成硬件描述语言中的$readmemh命令能够直接读取的*.memh文件形式；

(5)、编写仿真验证测试程序，在仿真验证测试程序中，实例化顶层测试模块，通过$readmemh系统函数，把*.memh文件形式的可执行测试程序加载到单片机仿真模型的程序存储器中；

(6)、运行仿真验证测试程序，完成受单片机控制的集成电路仿真验证。

所述步骤(2)提取可执行测试程序中的有效数据，按照地址递增的顺序排列在新的文件中，并存储为*.memh文件。

所述步骤(4)采用python语言实现。

所述待测集成电路的单片机测试程序根据测试要求确定。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)、在待验证芯片是由单片机控制的情况下，本发明提供的方法能够简化测试程序的生成过程，我们不必考虑芯片内部复杂而且大量的延时关系，只需要以一个使用者的角度来配置芯片，减少了出错率，节约了时间；

(2)、本发明验证的过程模拟了芯片被单片机控制的实际工作场景，更加真实准确；

(3)、本发明测试程序同样适用于后续的板级验证过程，提高了测试程序的复用性，从而提高了芯片的验证效率。

附图说明

图1是仿真验证的流程图；

图2为本发明实施例*.hex文件和*.memh文件的格式图；

图3为本发明实施例*.hex文件和*.memh文件的格式转换流程图；

图4为本发明实施例单片机和CAN控制器的连接图；

图5为本发明实施例文档组织结构图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，该方法包括如下步骤：

(3)、编写待验证集成电路的单片机测试程序，对单片机测试程序进行编译生成可烧录至单片机程序存储器的可执行测试程序；

可以在keil软件里采用C语言编写待测集成电路的单片机测试程序，然后配置待验证集成电路的单片机型号，keil软件工具对单片机测试程序编译和链接过程后，将C语言转换成汇编语言，最后将汇编语言转换成16进制格式的机器码，即生成了可烧录至单片机程序存储器的可执行测试程序。

如图2所示，可烧录至单片机程序存储器的可执行测试程序为*.hex文件，数据的组织形式是：

由若干行16进制数组成，每一行由冒号“：”开头，第1、2位数代表数据的长度；第3、4、5、6位数代表数据的起始地址；第7、8位数代表数据的类型；最后两位是校验位；其余数据为有效数据。

如图2中的第一行“:0300000002014FAB”，由冒号“：”开头，第1、2位数0x03代表数据的长度为三个字节，第3、4、5、6位数0x0000代表数据的起始地址为0，第7、8位数0x00代表数据的类型，本例中的0x00代表普通数据，0x01代表文件结尾，接下来的是由第1、2位决定的指定字节的数据，本例中是3个字节的数据0x02014F，最后两位是校验位0xAB。

(4)、将可执行测试程序转换成硬件描述语言中的$readmemh命令能够直接读取的*.memh文件形式，即：提取可执行测试程序中的有效数据，按照地址递增的顺序排列在新的文件中，并存储为*.memh文件。该步骤可以采用python语言实现。

以图2的*.hex文件为例，第一行提取出的数据为3个字节的数据0x02014F，然后将这些数据根据hex码中每行的第3、4、5、6位指定的地址，按照地址的大小，从小到大排列，变成每行只有一个字节的数据。还是上面的例子，该行的第3、4、5、6位指定的地址为0x0000，也就是说：数据0x02的地址为0x0000，数据0x01的地址为0x0001，数据0x4F的地址为0x0002。经过python处理后，生成的*.memh文件的格式如下：

02

01

4F

如图3所示，是*.hex文件和*.memh文件的格式转换流程图：

(a)、读入*.hex文件，令m＝0；

(b)、m＝m+1，i＝0；

(c)、判断第m行是否为文件的最后一行，如果是，则将data[idx]写入*.memh文件中，结束；如果否，进入(d)；

(d)、则令ll＝第m行的第1、2位数；令idx＝第m行的第3、4、5、6位数；令tt＝第m行的第7、8位数；令cc＝第m行的最后两位数；

(e)、判断ll大于0吗，如果否，返回第(b)步；如果是，进入(f)；

(f)、令dd＝第m行的第9到9+2*ll位数；

(g)、判断i小于dd的长度吗，如果否，返回第(b)步；如果是，进入(h)；

(h)、令data[idx]＝dd[i:i+2]idx＝idx+1；i＝i+2；

(5)、编写仿真验证测试程序，在仿真验证测试程序中，实例化顶层测试模块，通过$readmemh系统函数，把*.memh文件形式的可执行测试程序加载到单片机仿真模型的程序存储器中，使得单片机可以通过读取程序存储器中的程序，访问和控制待验证集成电路。

(6)、运行仿真验证测试程序，完成受单片机控制的集成电路的仿真验证。

具体为：通过编写tcl脚本语言，tb.v，用modelsim软件进行仿真，观察波形，验证功能是否正确，并统计覆盖率。

实施例：

下面以对由单片机控制的待测芯片CAN控制器的仿真验证为例，进行描述：

(1)、根据控制待验证集成电路的单片机型号80C51，采用硬件描述语言，编写相应的单片机仿真模型，用来模拟单片机；

(2)、图4是80C51单片机跟CAN控制器BSJA1000RH的连接图。单片机的输出引脚连接了CAN控制器的输入引脚，实现对BSJA1000RH的控制。按照该连接图，将该单片机仿真模型与待验证集成电路仿真模型相连，形成顶层测试模块；

CAN控制器BSJA1000RH包含了BasicCAN模式和PeliCAN模式两种，每种工作模式通过访问不同的寄存器实现不同的功能。

单片机测试程序的编写流程为：

(3.1)、通过keil软件配置单片机的程序存储器容量、输入文件格式，如下：

打开options for Target‘Target 1’窗口：

(a)、对Target标签里的变量“Memory Model”选择“small:variables in DATA”，对变量“Code rom size”选择“Large：64k program”；

(b)、在“Output”标签里选中“create HEX File”；

(3.2)、设置几个头文件，包括SJA1000_PELI_APP.H、SJA1000REG.H、SJA1000OS.H和SJA1000FUNC.H，使后续对CAN控制器配置过程更快捷。

头文件SJA1000_PELI_APP.H中定义了作为单片机片外RAM的CAN控制器的地址，并调用了其他几个头文件；

头文件SJA1000REG.H中定义了BasicCAN模式寄存器内容和PeliCAN模式寄存器内容；

头文件SJA1000OS.H中定义了应用BSJA1000RH时的一些操作常量、常数定义，直接应用即可；

头文件SJA1000FUNC.H中定义了用户操作BSJA1000RH的功能驱动函数。可以直接调用其中的函数对CAN控制器进行读写配置。

通过预编译选项：“_SJA_PELICAN_MODE_和_GLOBAL_SJA1000_PELI_APP_”或者“_SJA_BASICCAN_MODE_和_GLOBAL_SJA1000_BASIC_APP_”。区分BasicCAN模式和PeliCAN模式的寄存器内容、变量和常数定义和功能驱动函数。通过keil软件工具“C51”标签中的变量“Preprocessor Symbols”设置“_SJA_PELICAN_MODE_和_GLOBAL_SJA1000_PELI_APP_”或者“_SJA_BASICCAN_MODE_和_GLOBAL_SJA1000_BASIC_APP_”选择BasicCAN模式和PeliCAN模式。

(3.3)、上述准备工作完成之后，就可以在keil软件里写C语言来控制单片机了。例如，要完成待验证集成电路的睡眠唤醒功能的测试，需要配待验证电路的MOD寄存器中的睡眠位SM为1，进入睡眠模式；然后配置待验证电路的输入引脚nINT为0，此时电路从睡眠模式中苏醒。C语言程序如下：

先配置两个子函数：读函数和写函数：

ReadSJAReg(unsigned char RegAddr)和WriteSJAReg(unsigned char RegAddr,unsigned char Value)；

配置模式寄存器MOD，模式寄存器的格式如下：

MOD7

MOD6

MOD5

MOD4

MOD3

MOD2

MOD1

MOD0

保留

SM

AFM

STM

LOM

RM

通过写函数，令模式寄存器MOD的第4位睡眠位SM置1，如下：

WriteSJAReg(REG_CAN_MOD,0x08)；

此时，待验证芯片进入睡眠模式。

令单片机的P3口的第2位为nINT，nINT赋值为0，此时芯片苏醒。

sbit nINT＝P3^2；

nINT＝0；

(3.4)、对步骤(3.3)形成的C程序编译后，生成*.hex文件；

(4)、将可执行测试程序转换成硬件描述语言中的$readmemh命令能够直接读取的*.memh文件形式，即：提取可执行测试程序中的有效数据，按照地址递增的顺序排列在新的文件中，并存储为*.memh文件。

本实施例中，将可执行测试程序转换成硬件描述语言中的$readmemh命令能够直接读取的*.memh文件形式的程序为hex_convert.py文件，该文件采用python语言编写。

执行命令“python hex_convert.py extrom.hex extrom.memh”后，便生成了能够被$readmemh命令直接读取的*.memh格式的文件。

(5)、编写仿真验证测试程序，在仿真验证测试程序中，实例化顶层测试模块，通过$readmemh系统函数，把*.memh文件形式的可执行测试程序加载到单片机仿真模型的程序存储器中，使得单片机可以通过读取程序存储器中的程序，访问和控制待验证集成电路。本实施例中，仿真验证测试程序为tb.v,tb.v文件还对复位和时钟赋初值。

本实施例中，通过编写tcl脚本语言编写compile.tcl实现对所有rtl文件的编译；coverage.tcl列出所有预统计覆盖率的模块；sim.tcl调用了compile.tcl、coverage.tcl、wave.do文件；

Makefile文件调用sim.tcl，通过modelsim软件进行仿真，观察波形，验证功能是否正确，并统计覆盖率。

如图5所示，是本实施例的文档的组织结构：

rtl文件夹下放的是单片机模型和待验证集成电路模型的rtl代码。

ucdb文件夹下放的是modelsim仿真完每次的测试程序生成的*.ucdb文件，用来测试覆盖率。

common文件夹下包含：tb.v文件用来实现对复位和时钟赋初值，并将通过$readmemh命令将*.memh文件读入到rom存储器中；compile.tcl实现对所有rtl文件的编译；coverage.tcl列出所有预统计覆盖率的模块；hex_convert.py实现将*.hex文件转化成*.memh文件。

Tb01文件夹下包含：Makefile文件用来调用执行sim.tcl；sim.tcl调用了compile.tcl、coverage.tcl、wave.do文件；wave.do文件列出了所有预观察波形的变量；extrom.memh是经过python语言转化而来的$readmemh命令可读格式的文件。

这种验证方法，可以简化测试程序的生成过程，我们不必考虑芯片内部复杂而且大量的延时关系，只需要以一个使用者的角度，在keil软件里编程通过控制单片机来配置待测芯片，减少了出错率，节约了时间；同时，验证的过程模拟了芯片被单片机控制的实际工作场景，更加真实准确；而且所写的c语言同样适用于后续的板级验证过程，提高了测试程序的复用性，从而提高了芯片的验证效率。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，其特征在于所述步骤(4)的具体实现为：提取可执行测试程序中的有效数据，按照地址递增的顺序排列在新的文件中，并存储为*.memh文件。

3.根据权利要求1所述一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，其特征在于所述步骤(4)采用python语言实现。

4.根据权利要求1所述一种受单片机控制的集成电路的仿真验证方法，其特征在于所述待测集成电路的单片机测试程序根据测试要求确定。