EP1590751A2 - Property detection (formal verification) for a mixed system of analog and digital subsystems - Google Patents

Property detection (formal verification) for a mixed system of analog and digital subsystems

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EP1590751A2
EP1590751A2 EP04708308A EP04708308A EP1590751A2 EP 1590751 A2 EP1590751 A2 EP 1590751A2 EP 04708308 A EP04708308 A EP 04708308A EP 04708308 A EP04708308 A EP 04708308A EP 1590751 A2 EP1590751 A2 EP 1590751A2
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EP
European Patent Office
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digital
analog
time
properties
model
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04708308A
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German (de)
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Inventor
Christian Lang
Roland Syba
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Melexis GmbH
Original Assignee
Melexis GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2117/00—Details relating to the type or aim of the circuit design
    • G06F2117/08—HW-SW co-design, e.g. HW-SW partitioning

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting properties of a technical system with digital and analog components. A "formal verification" is used.
  • a simplified proof of properties of an analog-digital mixed signal system (digital and analog components) is to be carried out using a model replacement system (model).
  • the replacement system is characterized by:
  • a digital replacement model depicts the analog circuits, as already described in the prior art, cf. Lang, loc. Cit., Page 26, top and page 27, second paragraph.
  • the parameters for the analog components are also shown in the digital replacement model.
  • the analog components are grouped so that each group forms a time-independent system or a time-dependent system. These groups are treated differently. One is stateless and is replaced by combinatorial logic. The other group is replaced by finite automata. Both will be transferred to digital replacement systems. One or more of the respective type can be present from the groups (claim 5).
  • Digitization errors can be assumed, but there is still a reliable conclusion from the results of the verification of the described replacement model on the original system.
  • the original system is the real system with analog and digital components.
  • the "properties to be verified" are equally the given properties, which are to be proven, but which are also given as properties that correspond to the mathematical sentences described (requirements and claims).
  • a tightening is a reduction of the allowed value range of the analog signals.
  • a double amount of the maximum digitization error is preferably provided here, which determines the tightening.
  • the reference model (the template or the properties to be verified); the replacement model, which is verified and also
  • FIG. 1 shows functions by restricting the permitted value range a for analog signals by twice the maximum digitization error ⁇ to a '.
  • FIG. 2 shows a reference model 10 and a digital-analog one
  • the starting point of the described method is a reference model 10 and a digital-analog mixed signal system 1, as symbolically shown in FIG. 2.
  • the digital-analog mixed signal system 1 is a technical system, preferably an electronic circuit, which has inputs and outputs and consists of analog and digital components.
  • the reference model 10 is a sum of properties.
  • a “property” defines a predetermined (or: to be verified) signal sequence at the outputs of the digital-analog mixed signal system 1 for a specific signal sequence at its inputs.
  • the aim of the method is the verification result 100, which indicates whether the properties of the reference model 10 in the digital-analog mixed signal system 1 are fulfilled.
  • a fulfillment is a (positive) verification.
  • the digital-analog mixing system is converted into a digital replacement model 20.
  • the analog components of the digital-analog mixing system 1 are grouped into time-independent subsystems 2 and / or into (linear) time-dependent subsystems 3 (functionally broken down or structured), in step 90. These subsystems are replaced by combinatorial logic 2a (not shown in the figures) or by finite automatons 3a.
  • These digitized subsystems 2, 3 together with the digital components 4 of the digital-analog mixing system form the digital replacement model 20.
  • Digitization error 11 designated.
  • the properties described in the reference model 10 are tightened in a method step 92, for example by permitting
  • Range of values of the signals described in the properties is restricted, as shown in FIG. 1.
  • the result of this tightening 92 is a tightened reference model 10a.
  • the tightened reference model 10a is compared to the digital replacement model with the known methods 95 of "formal verification", cf. Bormann “Formal verification becomes a craft” loc. and WO-A 99/50766 (Bormann, Siemens AG), compared or verified.
  • the result of the verification is the verification result 100.
  • the method described above ensures that the verification result shows whether the properties of the reference model 10 in the digital-analog mixed-signal system are met when the tightened model 10a is used instead of the regular property description by the Reference model 10.
  • a replacement system 20 is characterized by:
  • the original system is broken down into time-independent and time-dependent subsystems, in method step 90.
  • the time-independent subsystems 2 are distinguished by the fact that all dynamic transition processes have subsided within one clock period of the digital replacement model 20. These subsystems can be considered stateless and are modeled by combinatorial logic. It is also that
  • Digitization of such non-linear systems is possible without problems using appropriate numerical approximations. So they can be linear or non-linear.
  • time-dependent systems dynamic transitions over several clock periods of the digital replacement model 20 have an effect.
  • These systems can be represented by finite automatons 3a in the replacement model.
  • linear analog systems closed theory for the digitization of these systems.
  • time-dependent systems that are non-linear, the way will be labeled to linearize them, for example around an operating point, or to divide these systems into non-linear time-independent systems (eg delimiters) and linear time-dependent systems.
  • non-linear time-independent systems eg delimiters
  • linear time-dependent systems eg delimiters
  • An error in the time discretization can be determined by comparing the frequency responses of the analog original system 1 and the digital replacement model.
  • the error of the time discretization can be reduced by choosing a clock frequency of the digital replacement model 20.
  • the replacement of the analog components in the digitized replacement model 20 is not without errors, e.g. because of a quantization of the analog signals or its
  • the analog-digital mixed signal system 1 also becomes these Fulfill properties. This is achieved by restricting the permitted value range "a" for analog signals y (t) by (at least) twice the amount 2 ⁇ of the maximum digitization error ⁇ , see FIG. 1. This results in a sharper property a 'as a-2 ⁇ .
  • the digitization error is reduced by an increased accuracy in the digitization of the analog-digital mixed signal system. This can include can be achieved by a more precise quantization of the analog signals or by a higher clock frequency of the replacement model 20. This means that the permitted range of values no longer has to be restricted as much.
  • the accuracy of the digitization can be increased until the verification of the digital

Abstract

The invention relates to a method for detecting properties of a digital-analog mixed signal system (1) by formally verifying a digital substitution system (20). Component parameters and environment parameters are depicted as additional signals in the digital substitution model (substitution model, 20) for the analog components, and the analog part of the system is divided (90) into time-independent and linear time-dependent subsystems. The time-independent subsystems are regarded as stateless and are converted by combinatorial logic and the linear time-dependent subsystems for time-discretization while being substituted by finite automations. Despite the digitizing errors, it is possible to reliably draw conclusions about the original system from the verification results of the substitution model. The properties of the digital-analog mixed signal system (1) that are to be detected are enhanced for the analog components in such a manner that, in all occurring values of digitizing errors, these properties in the digital substitution model are only fulfilled once the digital-analog mixed signal system (1) also fulfills these properties by limiting (92) the permitted range of values for analog signals is limited (92) to twice the amount of the maximum digitizing error.

Description

Eigenschaftsnachweis (formale Verifikation) fuer ein Mischsystem von analogen und digitalen TeilsystemenProof of properties (formal verification) for a mixed system of analog and digital subsystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis von Eigenschaften eines technischen Systems mit digitalen und analogen Komponenten. Eine "formale Verifikation" wird dabei eingesetzt .The invention relates to a method for detecting properties of a technical system with digital and analog components. A "formal verification" is used.
Ein rigoroser Eigenschaftsnachweis für komplexe Systeme mit analogen Komponenten ist in der Regel nicht durchführbar. Die bekannte Methode der Simulation von analog-digitalen Mischsignal-Systemen (mixed-signal Systems) ist sehr zeitaufwendig und deshalb nur für wenige Zustände des Systems realisierbar. Über das Verhalten des Systems in den nicht simulierten Zuständen kann keine Aussage getroffen werden. Für Systeme, die ausschließlich aus digitalen Komponenten bestehen, ist formale Verifikation, insbesondere Modell-Checking, eine Methode, Eigenschaften mit mathematischer Exaktheit nachzuweisen, vgl. Bormann, "Formale Verifikation wird zum Handwerk", 4. GI/ITG/GMM- orkshop, Methoden undRigorous proof of properties for complex systems with analog components is usually not feasible. The known method of simulating analog-digital mixed signal systems (mixed-signal systems) is very time-consuming and can therefore only be implemented for a few states of the system. No statement can be made about the behavior of the system in the non-simulated states. For systems that consist exclusively of digital components, formal verification, in particular model checking, is a method of proving properties with mathematical accuracy, cf. Bormann, "Formal verification becomes a craft", 4th GI / ITG / GMM- orkshop, methods and
Beschreibungssprachen zur Modellierung und Verifikation von Schaltungen und Systemen, Meißen, Februar 2001, S. 9, 10, und WO-A 99/50766 (Bormann, Siemens AG) .Description languages for the modeling and verification of circuits and systems, Meißen, February 2001, pp. 9, 10, and WO-A 99/50766 (Bormann, Siemens AG).
Bisher ist dieses Verfahren jedoch nicht auf analoge Komponenten anwendbar. Für die Verifikation von analog-digitalen Mischsignal-Systemen, welche auch analoge Komponenten enthalten, wurde der Ersatz der analogen Originalsysteme (Komponenten) durch digitale Ersatzmodeile vorgeschlagen, vgl. Lang, "Verifikation von mixed-signal Schaltungen im Automobilbau",So far, however, this method has not been applicable to analog components. For the verification of analog-digital mixed signal systems, which also contain analog components, the replacement of the analog original systems (components) by digital replacement models has been proposed, cf. Lang, "Verification of mixed-signal circuits in automotive engineering",
Dresdner Arbeitstagung Schaltungs- und Systementwurf, Dresden, März 2002, S. 25 bis 30, Fördervorhaben 01M305D des BMBF. Die praktische Anwendung dieses Verfahrens stößt jedoch auf Probleme .Dresden Working Conference on Circuit and System Design, Dresden, March 2002, pp. 25 to 30, funding project 01M305D of the BMBF. However, there are problems with the practical application of this method.
Bei der Ersetzung der analogen Originalsysteme durch digitale Ersatzmodeile sind Veränderungen im Systemverhalten unvermeidlich, wodurch das Verifikationsergebnis der digitalen Ersatzmodeile keine unmittelbare Aussage über die Eigenschaften der analogen Originalsysteme mehr zulässt, vgl. dazu Chuang/Harrison, "Analogue Behavioural Modelling ...", IEE Colloquium on mixed mode modelling, London, 1994, Seiten 1 bis 5.When replacing the original analog systems with digital replacement models, changes in the system behavior are inevitable, which means that the verification result of the digital replacement models no longer allow a direct statement about the properties of the original analog systems, cf. Chuang / Harrison, "Analogue Behavioral Modeling ...", IEE Colloquium on mixed mode modeling, London, 1994, pages 1 to 5.
2. Die Parameter von analogen Realsystemen unterliegen herstellungsbedingten Schwankungen, welche nicht direkt durch die digitalen Ersatzmodeile repräsentiert werden können.2. The parameters of analog real systems are subject to production-related fluctuations, which cannot be directly represented by the digital replacement models.
3. Dynamische Effekte der analogen Systeme werden nicht durch das digitale Ersatzsystem abgebildet.3. Dynamic effects of the analog systems are not represented by the digital replacement system.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein allgemein anwendbares Verfahren für das Modell-Checking von analog-digitalen Mischsignalsystemen anzugeben. Dabei soll ein vereinfachter Eigenschaftsnachweis eines analog-digitalen Mischsignalsystems (digitale und analoge Komponenten) anhand eines modellmäßigen Ersatzsystems (Modells), erfolgen.It is an object of the invention to provide a generally applicable method for model checking of analog-digital mixed signal systems. A simplified proof of properties of an analog-digital mixed signal system (digital and analog components) is to be carried out using a model replacement system (model).
Das erfindungsgemäße Verfahren (Anspruch 1 oder 5) zum Nachweis von Eigenschaften eines (technischen) analog-digitalenThe inventive method (claim 1 or 5) for the detection of properties of a (technical) analog-digital
Mischsignalsystems hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass trotz eines geänderten Systemverhaltens (obige Ziffer 1) ein sicherer Ruckschluss auf die Eigenschaften des Mischsignalsystems basierend auf den Eigenschaften des Ersatzsystems möglich ist. Parameterschwankungen der analogen Systeme sowie deren dynamische Aspekte werden berücksichtigt. Das Ersatzsystem ist charakterisiert durch:Mixed signal system has the advantage over the prior art that despite a changed system behavior (number 1 above), it is possible to draw a reliable conclusion about the properties of the mixed signal system based on the properties of the replacement system. Parameter fluctuations of the analog systems and their dynamic aspects are taken into account. The replacement system is characterized by:
• Möglichkeit der Modellierung variabler Parameter der analogen Komponenten.• Possibility of modeling variable parameters of the analog components.
• Eine Aufteilung (Gruppierung) des Systems in zeitunabhängige und zeitabhängige lineare Teilsysteme. ) • A division (grouping) of the system into time-independent and time-dependent linear subsystems. )
• Eine Zeitdiskretisierung der zeitabhängigen Systeme.• A time discretization of the time-dependent systems.
• Eine Quantisierung der analogen Signale.• A quantization of the analog signals.
• Fehlerbetrachtung. Die genannten Eigenschaften des Mischsignal-Systems versteht der Fachmann der formalen Verifikation so, dass diese mathematische Sätze sind, bestehend aus Voraussetzungen und Behauptungen. Die Voraussetzungen schränken die möglichen Werte für logische Signale in der Verhaltensbeschreibung ein. Die Behauptungen enthalten Werte, welche die Signale immer dann annehmen müssen, wenn die Voraussetzungen erfüllt sind. Eine "Eigenschaft" ist also nicht eine beliebige Eigenschaft, sondern im Kontext verstanden eine Eigenschaft der zu prüfenden Schaltung mit Bezug auf ihr Schalt- oder Arbeitsverhalten. Mit anderen Worten ist es auch eine Verhaltensbeschreibung, die bei Mischsignal-Systemen auch Interaktion von analogen und digitalen Schaltungsteilen (Komponenten) in die Verhaltensbeschreibung einbezieht; sie werden mit verifiziert, wobei die analogen Komponenten durch digitale Modelle ersetzt werden.• Error analysis. The person skilled in the formal verification understands the mentioned properties of the mixed signal system in such a way that they are mathematical sentences consisting of prerequisites and assertions. The requirements restrict the possible values for logical signals in the behavior description. The claims contain values that the signals must always accept when the requirements are met. A "property" is therefore not an arbitrary property, but understood in context is a property of the circuit under test with reference to its switching or working behavior. In other words, it is also a description of behavior that, in mixed signal systems, also includes the interaction of analog and digital circuit parts (components) in the description of behavior; they are also verified, with the analog components being replaced by digital models.
Ein digitales Ersatzmodell bildet die analogen Schaltungen ab, wie bereits im Stand der Technik beschrieben, vgl. Lang, a.a.O., Seite 26, oben und Seite 27, zweiter Absatz.A digital replacement model depicts the analog circuits, as already described in the prior art, cf. Lang, loc. Cit., Page 26, top and page 27, second paragraph.
Im digitalen Ersatzmodell werden die Parameter für die analogen Komponenten (Bauelemente-Parameter und Umgebungs-Parameter) mit abgebildet. Die analogen Komponenten werden gruppiert, so dass jede Gruppe ein zeitunabhängiges System oder ein zeitabhängiges System bildet. Diese Gruppen werden unterschiedlich behandelt. Die eine ist zustandslos und wird durch eine kombinatorische Logik ersetzt. Die andere Gruppe wird durch endliche Automaten ersetzt. Beide werden in digitale Ersatzsysteme überführt. Von den Gruppen können eine oder mehrere des jeweiligen Typs vorhanden sein (Anspruch 5) .The parameters for the analog components (component parameters and environmental parameters) are also shown in the digital replacement model. The analog components are grouped so that each group forms a time-independent system or a time-dependent system. These groups are treated differently. One is stateless and is replaced by combinatorial logic. The other group is replaced by finite automata. Both will be transferred to digital replacement systems. One or more of the respective type can be present from the groups (claim 5).
Digitalisierungsfehler sind anzunehmen, dennoch erfolgt ein sicherer Ruckschluss von den Ergebnissen der Verifikation des beschriebenen Ersatzmodells auf das Originalsystem. Das Originalsystem ist das Realsystem mit analogen und digitalen Komponenten. Die "nachzuweisenden Eigenschaften" sind gleichermaßen die vorgegebenen Eigenschaften, welche nachzuweisen sind, welche aber auch als solche Eigenschaften vorgegeben sind, die den beschriebenen mathematischen Sätzen entsprechen (Voraussetzungen und Behauptungen) . Die nachzuweisenden Eigenschaften desDigitization errors can be assumed, but there is still a reliable conclusion from the results of the verification of the described replacement model on the original system. The original system is the real system with analog and digital components. The "properties to be verified" are equally the given properties, which are to be proven, but which are also given as properties that correspond to the mathematical sentences described (requirements and claims). The properties of the
Mischsignalsystems werden verschärft. Eine Verschärfung ist eine Reduktion des erlaubten Wertebereichs der analogen Signale.Mixed signal systems are tightened. A tightening is a reduction of the allowed value range of the analog signals.
Bevorzugt ist hier ein zweifacher Betrag des maximalen Digitalisierungsfehlers vorgesehen, welcher die Verschärfung bestimmt .A double amount of the maximum digitization error is preferably provided here, which determines the tightening.
Es existieren demnach drei Modelle: Das Referenzmodell (die Vorlage bzw. die zu verifizierenden Eigenschaften); das Ersatzmodell, welches verifiziert wird und ebenfallsThere are therefore three models: the reference model (the template or the properties to be verified); the replacement model, which is verified and also
Eigenschaften aufweist, welche mit den vorgenannten "zu verifizierenden (vorgegebenen) Eigenschaften" verglichen werden; und ein verschärftes Referenzmodell. Schließlich existiert das Mischsignal-System (reales Analogsystem oder analoges Realsystem) , welches reale Eigenschaften besitzt, welche wünschenswert so eng wie möglich mit denjenigen Eigenschaften des Ersatzmodells übereinstimmen. Has properties which are compared with the aforementioned "properties to be verified (specified)"; and a tightened reference model. Finally, there is the mixed signal system (real analog system or analog real system), which has real properties, which desirably correspond as closely as possible to those of the replacement model.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert und ergänzt, wobei darauf hingewiesen wird, dass es sich bei der folgenden Darstellung um die Beschreibung von bevorzugten Beispielen der Erfindung handelt.The invention is explained and supplemented on the basis of exemplary embodiments, it being pointed out that the following illustration is a description of preferred examples of the invention.
Figur 1 zeigt Funktionen, indem der erlaubte Wertebereich a für analoge Signale um den zweifachen Betrag des maximalen Digitalisierungsfehlers Δ auf a' eingeschränkt wird. Figur 2 zeigt ein Referenzmodell 10 und ein digital-analogesFIG. 1 shows functions by restricting the permitted value range a for analog signals by twice the maximum digitization error Δ to a '. FIG. 2 shows a reference model 10 and a digital-analog one
Mischsignalsystem 1.Mixed signal system 1.
Ausgangspunkt des beschriebenen Verfahrens ist ein Referenzmodell 10 und ein digital-analoges Mischsignalsystem 1, wie es symbolisch in Figur 2 dargestellt ist. Das digitalanaloge Mischsignalsystem 1 ist ein technisches System, bevorzugt eine elektronische Schaltung, die Ein- und Ausgänge besitzt und aus analogen sowie digitalen Komponenten besteht. Das Referenzmodell 10 ist eine Summe von Eigenschaften.The starting point of the described method is a reference model 10 and a digital-analog mixed signal system 1, as symbolically shown in FIG. 2. The digital-analog mixed signal system 1 is a technical system, preferably an electronic circuit, which has inputs and outputs and consists of analog and digital components. The reference model 10 is a sum of properties.
Eine "Eigenschaft" definiert eine vorgegebene .(oder: zu verifizierende) Signalfolge an den Ausgängen des digitalanalogen Mischsignalsystems 1 für eine bestimmte Signalfolge an seinen Eingängen.A “property” defines a predetermined (or: to be verified) signal sequence at the outputs of the digital-analog mixed signal system 1 for a specific signal sequence at its inputs.
Ziel des Verfahrens ist das Verifikationsergebnis 100, das angibt ob die Eigenschaften des Referenzmodells 10 im digitalanalogen Mischsignalsystem 1 erfüllt sind. Eine Erfüllung ist eine (positive) Verifikation.The aim of the method is the verification result 100, which indicates whether the properties of the reference model 10 in the digital-analog mixed signal system 1 are fulfilled. A fulfillment is a (positive) verification.
Weil eine direkte Verifikation des Referenzmodells 10 gegen das digital-analoge Mischsystem 1 nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht möglich ist, wird das digital-analoge Mischsystem in ein digitales Ersatzmodell 20 überführt. Im Zuge des Verfahrens werden die analogen Komponenten des digital-analogen Mischsystems 1 in zeit-unabhängige Teilsysteme 2 und/oder in (lineare) zeit-abhängige Teilsysteme 3 gruppiert (funktioneil zerlegt oder gegliedert), bei Schritt 90. Diese Teilsysteme werden durch eine - in den Figuren nicht dargestellte - kombinatorische Logik 2a bzw. durch endliche Automaten 3a ersetzt. Diese so digitalisierten Teilsysteme 2,3 bilden zusammen mit den digitalen Komponenten 4 des digital-analogen Mischsystems das digitale Ersatzmodell 20.Because a direct verification of the reference model 10 against the digital-analog mixing system 1 is not possible according to the current state of the art, the digital-analog mixing system is converted into a digital replacement model 20. In the course of the method, the analog components of the digital-analog mixing system 1 are grouped into time-independent subsystems 2 and / or into (linear) time-dependent subsystems 3 (functionally broken down or structured), in step 90. These subsystems are replaced by combinatorial logic 2a (not shown in the figures) or by finite automatons 3a. These digitized subsystems 2, 3 together with the digital components 4 of the digital-analog mixing system form the digital replacement model 20.
Bei der im Verfahren der Verifikation vorgenommenen Ersetzung der analogen Komponenten durch die kombinatorische Logik und endliche Automaten ist eine Veränderung des Systemverhaltens unvermeidlich. Diese Veränderung wird alsWhen the analog components are replaced by combinatorial logic and finite automata in the verification process, a change in the system behavior is inevitable. This change is called
Digitalisierungsfehler 11 bezeichnet. Um trotz des Digitalisierungsfehlers eine zuverlässige Aussage über das digital-analoge Mischsignalsystem 1 zu erlangen, werden im Referenzmodell 10 beschriebene Eigenschaften in einem Verfahrensschritt 92 verschärft, bspw. indem der erlaubteDigitization error 11 designated. In order to obtain reliable information about the digital-analog mixed signal system 1 in spite of the digitization error, the properties described in the reference model 10 are tightened in a method step 92, for example by permitting
Wertebereich der in den Eigenschaften beschriebenen Signale eingeschränkt wird, wie Figur 1 das zeigt. Das Ergebnis dieser Verschärfung 92 ist ein verschärfte Referenzmodell 10a.Range of values of the signals described in the properties is restricted, as shown in FIG. 1. The result of this tightening 92 is a tightened reference model 10a.
Das verschärfte Referenzmodell 10a wird gegen das digitale Ersatzmodell mit den bekannten Methoden 95 der "formalen Verifikation", vgl. Bormann "Formale Verifikation wird zum Handwerk" a.a.O. und WO-A 99/50766 (Bormann, Siemens AG), verglichen bzw. verifiziert.The tightened reference model 10a is compared to the digital replacement model with the known methods 95 of "formal verification", cf. Bormann "Formal verification becomes a craft" loc. and WO-A 99/50766 (Bormann, Siemens AG), compared or verified.
Das Resultat der Verifikation ist das Verifikationsergebnis 100. Durch das oben beschriebene Verfahren ist sicher gestellt, dass das Verifikationsergebnis zeigt, ob die Eigenschaften des Referenzmodells 10 im digital-analogen Mischsignalsystem erfüllt sind, bei Anwendung des verschärften Modells 10a, statt der regulären Eigenschaftsbeschreibung durch das Referenzmodell 10.The result of the verification is the verification result 100. The method described above ensures that the verification result shows whether the properties of the reference model 10 in the digital-analog mixed-signal system are met when the tightened model 10a is used instead of the regular property description by the Reference model 10.
Ein Ersatzsystem 20 ist charakterisiert durch:A replacement system 20 is characterized by:
• die Aufteilung des Systems in zeitunabhängige und zeitabhängige lineare Teilsysteme 2,3.• the division of the system into time-independent and time-dependent linear subsystems 2,3.
• die Zeitdiskretisierung der zeitabhängigen Systeme.• the time discretization of the time-dependent systems.
• die Quantisierung der analogen Signale.• the quantization of the analog signals.
• Fehlerbetrachtung 11. Eine Modellierung variabler Parameter der analogen Komponenten ist möglich. Zur Behandlung von Parameterschwankungen bei analogen Komponenten werden in die digitalen Ersatzmodeile zusätzliche Signale eingeführt. Diese zusätzlichen Signale modellieren die veränderbaren Parameter des analogen Systems, z.B. Offsetspannungen, Widerstandswerte oder Bauelemente- Temperaturen. Die Wirkung der veränderlichen Parameter wird im digitalen Ersatzmodell 20 durch entsprechende mathematische Abhängigkeiten nachgebildet. Die nachzuweisenden Eigenschaften des digitalen Ersatzmodells werden jetzt um eine zulässige• Error analysis 11. It is possible to model variable parameters of the analog components. Additional signals are introduced into the digital replacement modules to deal with parameter fluctuations in analog components. These additional signals model the changeable parameters of the analog system, such as offset voltages, resistance values or component temperatures. The effect of the changing parameters is simulated in the digital replacement model 20 by means of corresponding mathematical dependencies. The properties of the digital replacement model to be verified are now permitted
(zugelassene) Schwankungsbreite der veränderlichen Parameter ergänzt. Ein formaler Nachweis von Eigenschaften für das digitale Ersatzmodell 20 bringt damit automatisch den Nachweis der betreffenden Eigenschaft für das analog-digitale Mischsignalsystem 1, über die gesamte Schwankungsbreite des jeweiligen Parameters.(Permitted) fluctuation range of the variable parameters added. Formal proof of properties for the digital replacement model 20 thus automatically provides proof of the property in question for the analog-digital mixed signal system 1 over the entire fluctuation range of the respective parameter.
Aufteilung des Systems in zeit-unabhängige und zeit-abhängige (lineare) Teilsysteme:Division of the system into time-independent and time-dependent (linear) subsystems:
Um die dynamischen Eigenschaften des analogen Originalsystems 1 korrekt im digitalen Ersatzsystem 20 abzubilden, wird das Originalsystem in zeitunabhängige und zeitabhängige Teilsysteme zerlegt, bei Verfahrensschritt 90.In order to correctly map the dynamic properties of the analog original system 1 in the digital replacement system 20, the original system is broken down into time-independent and time-dependent subsystems, in method step 90.
Die zeitunabhängigen Teilsysteme 2 zeichnen sich dadurch aus, dass alle dynamischen Übergangsvorgänge innerhalb einer Taktperiode des digitalen Ersatzmodells 20 abgeklungen sind. Diese Teilsysteme können als zustandslos betrachtet werden und sind durch kombinatorische Logik modelliert. Es ist auch dieThe time-independent subsystems 2 are distinguished by the fact that all dynamic transition processes have subsided within one clock period of the digital replacement model 20. These subsystems can be considered stateless and are modeled by combinatorial logic. It is also that
Digitalisierung solcher nichtlinear ausgebildeter Systeme durch entsprechende numerische Näherungen ohne Probleme möglich. Sie können also linear oder nichtlinear sein.Digitization of such non-linear systems is possible without problems using appropriate numerical approximations. So they can be linear or non-linear.
Bei zeitabhängigen Systemen 3 wirken sich dynamische Übergänge über mehrere Taktperioden des digitalen Ersatzmodells 20 aus. Diese Systeme können durch endliche Automaten 3a im Ersatzmodell abgebildet werden. Für lineare analoge Systeme existiert eine geschlossene Theorie zur Digitalisierung dieser Systeme. Für solche zeitabhängige Systeme, die nichtlinear sind, wird der Weg beschriften, diese zu linearisieren, z.B. um einen Arbeitspunkt herum, oder diese Systeme in nichtlineare zeit-unabhängige Systeme (z.B. Begrenzer) und lineare zeit-abhängige Systeme aufzuteilen. Auch hier sind also beide Arten von Systemen möglich, linear und nichtlinear.In the case of time-dependent systems 3, dynamic transitions over several clock periods of the digital replacement model 20 have an effect. These systems can be represented by finite automatons 3a in the replacement model. There is one for linear analog systems closed theory for the digitization of these systems. For such time-dependent systems that are non-linear, the way will be labeled to linearize them, for example around an operating point, or to divide these systems into non-linear time-independent systems (eg delimiters) and linear time-dependent systems. Here too, both types of systems are possible, linear and non-linear.
Zeitdiskretisierung der zeitabhängigen Systeme:Time discretization of time-dependent systems:
Für die zeitabhängigen Systeme (bspw. lineare Systeme) müssen entsprechende Ersatzmodelle gefunden werden. Für diese Approximation können einschlägige Algorithmen aus der Regelungstechnik, z.B. die bi-lineare Transformation angewendet werden, die das analoge System in einen endlichen AutomatenAppropriate replacement models must be found for the time-dependent systems (e.g. linear systems). Relevant algorithms from control engineering, e.g. The bi-linear transformation can be applied which transforms the analog system into a finite automaton
(z.B. IIR- oder FIR-Digitalfilter) überführen, vgl. Phillips, Nagle, "Digital Control System Analysis and Design", Prentice Hall, 2. Auflage, 1990.(e.g. IIR or FIR digital filter), cf. Phillips, Nagle, "Digital Control System Analysis and Design", Prentice Hall, 2nd edition, 1990.
Ein Fehler der Zeitdiskretisierung kann aus dem Vergleich der Frequenzgänge des analogen Originalsystems 1 und des digitalen Ersatzmodells bestimmt werden. Durch die Wahl einer Taktfrequenz des digitalen Ersatzmodells 20 kann der Fehler der Zeitdiskretisierung verringert werden.An error in the time discretization can be determined by comparing the frequency responses of the analog original system 1 and the digital replacement model. The error of the time discretization can be reduced by choosing a clock frequency of the digital replacement model 20.
Quantisierung der analogen Signale:Quantization of the analog signals:
Da das digitale Ersatzsystem numerische Werte nur mit endlicher Genauigkeit darstellen kann, entsteht gegenüber dem analogen Originalsystem ein so genannter Quantisierungsfehler. Dieser Fehler wird durch die Wortbreite (d.h. Zahl der Bits eines Datenworts) mit der ein analoges Signal dargestellt wird, beeinflusst. Die Wortbreite ist ein Kompromiss. Eine große Wortbreite bewirkt eine große Verifikationsgenauigkeit, aber auch eine große Verifikationszeit. Bei kleinen Wortbreiten kehren sich die Verhältnisse entsprechend um. Fehlerbetrachtung :Since the digital replacement system can only display numerical values with finite accuracy, a so-called quantization error arises compared to the analogue original system. This error is influenced by the word width (ie the number of bits in a data word) with which an analog signal is displayed. The word width is a compromise. A large word width results in a great verification accuracy, but also a long verification time. With small word widths, the situation is reversed accordingly. Error analysis:
Die Ersetzung der analogen Komponenten im digitalisierten Ersatzmodell 20 ist nicht ohne Fehler, z.B. wegen einer Quantisierung der analogen Signale oder seinerThe replacement of the analog components in the digitized replacement model 20 is not without errors, e.g. because of a quantization of the analog signals or its
Zeitdiskretisierung, möglich. Dadurch können Eigenschaften im digitalen Ersatzmodell erfüllt sein, obwohl das analoge Originalsystem die entsprechende Eigenschaft nicht erfüllt. Dieser Fall wird "false positive" genannt und macht das Verifikationsergebnis 100 unbrauchbar.Time discretization, possible. As a result, properties in the digital replacement model can be fulfilled, although the analogue original system does not fulfill the corresponding property. This case is called "false positive" and makes the verification result 100 unusable.
Werden nachzuweisende Eigenschaften (als Vorgabe des Referenzmodells 10) für das mixed-signal Systems mit analogen Komponenten so verschärft, dass auch bei allen auftretenden Werten der Digitalisierungsfehler, diese vorgegebenen Eigenschaften im digitalen Ersatzmodell 20 erfüllt sind, wird auch das analog-digitale Mischsignalsystem 1 diese Eigenschaften erfüllen. Das wird erreicht, indem der erlaubte Wertebereich "a" für analoge Signale y(t) um (zumindest) den zweifachen Betrag 2Δ des maximalen Digitalisierungsfehlers Δ eingeschränkt wird, siehe Figur 1. Es entsteht eine verschärfte Eigenschaft a' als a-2Δ.If the properties to be verified (as a specification of the reference model 10) for the mixed-signal system with analog components are tightened so that these specified properties are met in the digital replacement model 20 even with all occurring values of digitization errors, the analog-digital mixed signal system 1 also becomes these Fulfill properties. This is achieved by restricting the permitted value range "a" for analog signals y (t) by (at least) twice the amount 2Δ of the maximum digitization error Δ, see FIG. 1. This results in a sharper property a 'as a-2Δ.
Diese Einschränkung kann bewirken, dass bestimmte digitale Ersatzmodelle Eigenschaften nicht erfüllen, obwohl die entsprechenden Eigenschaften im analog-digitalen Mischsignalsystem erfüllt sind. Dieser Fall wird "false negative" genannt. Durch eine gesteigerte Genauigkeit bei der Digitalisierung des analog-digitalen Mischsignalsystems wird der Digitalisierungsfehler verkleinert. Das kann u.a. durch eine genauere Quantisierung der analogen Signale oder durch eine größere Taktfrequenz des Ersatzmodells 20 erreicht werden. Damit muss der erlaubte Wertebereich nicht mehr so weit eingeschränkt werden. Die Genauigkeit der Digitalisierung kann soweit gesteigert werden, bis die Verifikation des digitalenThis restriction can result in certain digital replacement models not fulfilling properties, even though the corresponding properties are fulfilled in the analog-digital mixed signal system. This case is called "false negative". The digitization error is reduced by an increased accuracy in the digitization of the analog-digital mixed signal system. This can include can be achieved by a more precise quantization of the analog signals or by a higher clock frequency of the replacement model 20. This means that the permitted range of values no longer has to be restricted as much. The accuracy of the digitization can be increased until the verification of the digital
Ersatzmodells und damit des Originalsystems erfolgreich ist oder bis sicher ist, dass das Originalsystem die untersuchte Eigenschaft verletzt. Im ersten Fall war die Verifikation erfolgreich, im zweiten Fall verletzt das Originalsystem die Spezifikation.Replacement model and thus the original system is successful or until it is certain that the original system violates the property under investigation. In the first case was verification successful, in the second case the original system violates the specification.
** ** ** **

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zum Nachweis von Eigenschaften eines digitalanalogen Mischsignalsystems (1) durch formale Verifikation eines digitalen Ersatzsystems oder -modells (20) , dadurch gekennzeichnet, dass Bauelemente- und Umgebungsparameter für die analogen Komponenten als zusätzliche Signale im digitalen Ersatzmodell (Ersatzsystem; 20) abgebildet werden und der analoge Teil des Systems in zeitunabhängige und lineare zeitabhängige Teilsysteme zerlegt wird (90), wobei die zeitunabhängigen Teilsysteme als zustandslos betrachtet und durch kombinatorische Logik und die linearen zeitabhängigen Teilsysteme zur Zeitdiskretisierung durch endliche Automaten ersetzt (2a, 3a) in das digitale Ersatzmodell (20) überführt werden und, dass trotz der1. A method for the detection of properties of a digital-analog mixed signal system (1) by formal verification of a digital replacement system or model (20), characterized in that component and environmental parameters for the analog components are mapped as additional signals in the digital replacement model (replacement system; 20) and the analog part of the system is broken down into time-independent and linear time-dependent subsystems (90), whereby the time-independent subsystems are regarded as stateless and replaced by combinatorial logic and the linear time-dependent subsystems for time discretization by finite automata (2a, 3a) in the digital replacement model (20) to be transferred and that despite the
Digitalisierungsfehler ein sicherer Ruckschluss von den Verifikationsergebnissen des Ersatzmodells auf das Originalsystem möglich ist, d.h. die nachzuweisenden Eigenschaften des digital-analogen Mischsignalsystems (1) für die analogen Komponenten so verschärft werden, dass auch bei allen auftretenden Werten der Digitalisierungsfehler diese Eigenschaft im digitalen Ersatzmodell nur dann erfüllt ist, wenn auch das digitalanaloge Mischsignalsystem (1) diese Eigenschaft erfüllt, indem der erlaubte Wertebereich für analoge Signale um den zweifachen Betrag des maximalen Digitalisierungsfehlers eingeschränkt wird (92).Digitization error, a reliable conclusion from the verification results of the replacement model to the original system is possible, i.e. the properties of the digital-analog mixed signal system (1) to be verified for the analog components are tightened so that even with all values of the digitization error, this property is only fulfilled in the digital replacement model if the digital-analog mixed signal system (1) also fulfills this property by the permitted range of values for analog signals is restricted by twice the maximum digitization error (92).
2. Verfahren zum Nachweis von Eigenschaften des digital- analogen Mischsignalsystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Signale veränderbare Parameter des analogen Systems, insbesondere Offsetspannungen, Widerstandswerte oder Bauelemente- Temperaturen modellieren. 2. A method for the detection of properties of the digital-analog mixed signal system according to claim 1, characterized in that the additional signals model changeable parameters of the analog system, in particular offset voltages, resistance values or component temperatures.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitabhängigen nichtlinearen Systeme entweder linearisiert werden, insbesondere um einen Arbeitspunkt, oder diese Systeme in nicht-lineare zeitunabhängige Systeme, insbesondere Begrenzer, und lineare zeitabhängige3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the time-dependent non-linear systems are either linearized, in particular around an operating point, or these systems in non-linear time-independent systems, in particular delimiters, and linear time-dependent
Systeme aufgeteilt werden.Systems are divided.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler von Zeitdiskretisierung aus einem Vergleich der Frequenzgänge des analogen Originalsystems (1) und des digitalen Ersatzsystems (20) bestimmt wird und durch die Wahl der Taktfrequenz des digitalen Ersatzsystems der Fehler der Zeitdiskretisierung verringert wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that an error of time discretization is determined from a comparison of the frequency responses of the analog original system (1) and the digital replacement system (20) and the error of the time discretization is reduced by the choice of the clock frequency of the digital replacement system ,
5. Verfahren zum Nachweis oder zur Prüfung von Eigenschaften eines digital-analogen Mischsignalsystems (1) durch eine formale Verifikation (95) eines digitalen Ersatzmodells (20) , wobei 5 (i) Bauelemente- und Umgebungsparameter für analoge5. A method for the detection or testing of properties of a digital-analog mixed signal system (1) by means of a formal verification (95) of a digital replacement model (20), 5 (i) component and environmental parameters for analog
Komponenten des Mischsignalsystems (1) im digitalen Ersatzmodell (20) abgebildet werden; (ii) die analogen Komponenten des Systems (1) in zumindest ein zeitunabhängiges (2) oder zumindest ein 10 zeitabhängiges (3) Teilsystem gruppiert werden; wobeiComponents of the mixed signal system (1) are mapped in the digital replacement model (20); (ii) the analog components of the system (1) are grouped into at least one time-independent (2) or at least one time-dependent (3) subsystem; in which
(aa) das zeitunabhängige Teilsystem (Gruppe; 2) als zustandslos betrachtet und durch eine kombinatorische Logik ersetzt wird; (bb) das zeitabhängige Teilsystem (Gruppe; 3) zur ι5 Zeitdiskretisierung durch einen endlichen(aa) the time-independent subsystem (group; 2) is considered stateless and is replaced by combinatorial logic; (bb) the time-dependent subsystem (group; 3) for ι 5 time discretization by a finite
Automaten ersetzt wird; welche in das digitale Ersatzmodell (20) überführt werden; (iii) wobei Digitalisierungsfehler (11) einen sicheren 20 Ruckschluss von Verifikationsergebnissen (100) desVending machine is replaced; which are transferred to the digital replacement model (20); (iii) wherein digitization error (11) a reliable 20 conclusion of verification results (100) of the
Ersatzmodells (20) auf das Originalsystem (1) nicht verhindern, insbesondere nachzuweisende Eigenschaften des digital-analogen Mischsignalsystems (1) - vorgegebene Eigenschaften eines Referenzmodells 25 (10) - so verschärft werden (92, 10a), indem ein erlaubter Wertebereich (a, a") für analoge Signale (y(t)) eingeschränkt wird, insbesondere um zumindest den zweifachen Betrag des maximalen Digitalisierungsfehlers (Δ) ; 30 (iv) so dass für alle auftretenden Werte vonDo not prevent substitute models (20) on the original system (1), in particular the properties of the digital-analog mixed signal system (1) to be verified - specified properties of a reference model 25 (10) - are thus tightened (92, 10a) by permitting a permitted range of values (a, a ") for analog signals (y (t)) is restricted, in particular by at least twice the maximum digitization error (Δ); 30 (iv) so that for all occurring values of
Digitalisierungsfehlern die verschärften Eigenschaften (a') als verschärftes Referenzmodell (10a) gegen das digitale Ersatzmodell (20) verifiziert werden, um nur dann erfüllt zu sein, wenn auch das 35 digital-analoge Mischsignalsystem (1) dieDigitization errors, the tightened properties (a ') as a tightened reference model (10a) can be verified against the digital replacement model (20) in order to only be fulfilled if the 35 digital-analog mixed signal system (1) also
Eigenschaften des Referenzmodells (10) erfüllt. Properties of the reference model (10) fulfilled.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zusätzliche Signale veränderbare Parameter der analogen Komponenten modellieren, wie Offsetspannung, Widerstandswert oder Bauelemente- Temperatur.6. The method according to claim 5, wherein additional signals model changeable parameters of the analog components, such as offset voltage, resistance value or component temperature.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei zumindest eine Gruppe der zeitabhängigen Gruppen (3) nicht-linear ist.7. The method according to claim 5 or 6, wherein at least one group of the time-dependent groups (3) is non-linear.
7a. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die nicht-lineare Gruppe linearisiert wird, insbesondere um einen Arbeitspunkt herum.7a. A method according to claim 7, wherein the non-linear group is linearized, in particular around an operating point.
7b. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die nicht-lineare Gruppe in ein nicht-lineares zeit-unabhängiges System und ein lineares zeit-abhängiges System aufgeteilt wird.7b. The method of claim 7, wherein the non-linear group is divided into a non-linear time-independent system and a linear time-dependent system.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Fehler durch eine Zeitdiskretisierung aus einem Vergleich von Frequenzgängen des analogen Originalsystems (1) bzw. des digitalen Ersatzmodells (20) bestimmt wird und eine Taktfrequenz des digitalen Ersatzmodells (20) so festgelegt wird, dass der durch Zeitdiskretisierung entstandene Fehler verringert wird.8. The method of claim 5, wherein an error is determined by a time discretization from a comparison of frequency responses of the analog original system (1) or the digital replacement model (20) and a clock frequency of the digital replacement model (20) is determined so that the Errors in time discretization is reduced.
9. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine formale Verifikation des verschärften Referenzmodells (10a) gegen das digitale Ersatzmodell (20) erfolgt (95), zum Erhalt zumindest eines Verifikationsergebnisses (100) .9. The method according to claim 5, wherein a formal verification of the tightened reference model (10a) against the digital replacement model (20) takes place (95) in order to obtain at least one verification result (100).
• • • • • •
0. Verfahren zum Nachweis oder zur Prüfung von Eigenschaften eines digital-analogen Mischsignalsystems (1) durch eine formale Verifikation (95) eines digitalen Ersatzmodells (20), wobei (i) Bauelemente- und Umgebungsparameter für analoge0. A method for the detection or testing of properties of a digital-analog mixed signal system (1) by formal verification (95) of a digital replacement model (20), where (i) component and environmental parameters for analog
Komponenten des Mischsignalsystems (1) im digitalen Ersatzmodell (20) abgebildet werden; (ii) die analogen Komponenten des Systems (1) in zumindest ein zeitunabhängiges (2) oder zumindest ein zeitabhängiges (3) Teilsystem gruppiert werden; wobeiComponents of the mixed signal system (1) are mapped in the digital replacement model (20); (ii) the analog components of the system (1) are grouped into at least one time-independent (2) or at least one time-dependent (3) subsystem; in which
(aa) das zeitunabhängige Teilsystem (Gruppe; 2) als zustandslos betrachtet und durch eine kombinatorische Logik ersetzt wird; (bb) das zeitabhängige Teilsystem (Gruppe; 3) zur Zeitdiskretisierung durch einen endlichen(aa) the time-independent subsystem (group; 2) is considered stateless and is replaced by combinatorial logic; (bb) the time-dependent subsystem (group; 3) for time discretization by a finite
Automaten ersetzt wird; welche in das digitale Ersatzmodell (20) überführt werden; (iii) wobei Digitalisierungsfehler (11) einen sicheren Ruckschluss von Verifikationsergebnissen (100) desVending machine is replaced; which are transferred to the digital replacement model (20); (iii) wherein digitization error (11) a reliable conclusion of verification results (100) of the
Ersatzmodells (20) auf das Originalsystem (1) nicht verhindern, insbesondere nachzuweisende Eigenschaften des digital-analogen Mischsignalsystems (1) - vorgegebene Eigenschaften eines Referenzmodells (10) - so verschärft werden (92, 10a), indem ein erlaubter Wertebereich (a, a') für analoge Signale (y(t)) eingeschränkt wird, insbesondere um zumindest den zweifachen Betrag des maximalen Digitalisierungsfehlers (Δ) .Do not prevent substitute models (20) on the original system (1), in particular the properties of the digital-analog mixed signal system (1) to be verified - specified properties of a reference model (10) - are tightened (92, 10a) by permitting a permitted range of values (a, a ') for analog signals (y (t)) is restricted, in particular by at least twice the maximum digitization error (Δ).
• k k • kk
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