芯片验证 | Formal验证技术总结

发布网友发布时间：2024-09-10 07:55

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热心网友时间：2024-10-25 07:55

形式化验证是一种利用数学工具验证电子设计的方法，在集成电路验证领域扮演着重要角色。在实际应用中，形式化验证主要关注的领域有两个方向：一是检查综合前后的等价性，二是通过 RTL 设计来实现功能验证。本文聚焦于后者，即形式化验证在实现 RTL 设计功能验证中的应用。

在芯片验证方法中，模拟仿真验证与形式化验证并存。模拟仿真验证广泛应用于电子设计中，借助像UVM（Universal Verification Methodology）的验证流程，通过构建模拟环境和使用随机激励来仿真电路，参考模块用作检查结果，通过覆盖率收集验证进度。这种验证方法的优势在于不依赖于设计的复杂性，缺点则是需要搭建复杂的验证环境，手动添加测试激励，周期性收集覆盖率，并且在针对特定场景的覆盖率覆盖方面存在挑战。

形式化验证从理论上看起来更为高效，它通过数学工具定义、开发和验证电路模型，分析系统运行期间电路可能达到的所有状态，使用断言或参考模型进行验证。然而，这要求强大的计算系统和EDA工具支持，否则会面临状态爆炸问题，导致难以得出验证结果。尽管形式化验证工具，如Cadence的JasperGold和Synopsys的VC-Formal在业界普遍使用，但它们目前仍然无法应对极其复杂的电路设计，可能无法完全替代模拟仿真方法。

在芯片验证领域，模拟仿真验证和形式化验证两者相辅相成，各司其职：前者更适合系统级别的功能验证，而后者更关注模块级别。此外，FPGA的硬件加速测试也是重要一环，与上述方法形成互补。

形式化验证的核心可以理解为一套严格数学算法与模型驱动的过程，工程师的任务是将设计的功能转化为电路规则的描述，并通过验证工具自动进行数学分析与证明。目前，业界广泛采用的工具，如SVA（SystemVerilog Assertion）语言，属于SV标准的一部分，简化了形式化验证过程的语法规则，提供了一套用于声明、断言和覆盖属性的表述方式。

在进行形式化验证时，JasperGold等工具提供了FPV（Formal Property Verification）功能，便于验证设计符合预期的属性。启动验证环境的脚本和命令通常简化了这一流程，让验证工程师能够便捷地执行验证任务。

关于设计适配性，形式化验证并不一定适用于所有设计场景，但其优势在于可以早期发现并修复设计缺陷。即使验证不是完全成功的，也能表明设计代码已经达到了较高的成熟度，只是未能完全证实某些特定属性。

对复杂设计的验证提出了时间和资源上的挑战，但这并非意味着形式化验证一无是处。通过合理选择验证方法和优化验证策略，可以逐步实现复杂设计的验证。设计结构、特性和验证时间等多方面因素共同影响着形式化验证的过程，如状态空间的优化便是关键策略之一。

对于有志于深入研究形式化验证的人来说，相关领域的专业书籍和资源是宝贵的参考资料。这些材料不仅涵盖了理论知识，还提供了实践经验，帮助读者理解并应用形式化验证技术解决实际问题。通过广泛阅读和实践，可以不断提高自己的设计验证能力，应对日益复杂的技术挑战。