系统级验证的挑战
在电子领域，芯片和系统之间的界限已经变得越来越模糊，但是有一点很清楚，那就是：系统是由处理器、外设、第三方IP模块、随机逻辑、存储器、嵌入式软件和模拟模块共同组合而成的。系统级设计就是把包括软件、硬件和固件的整个系统在芯片上实现，因此需要进行系统级验证。而在系统级验证中最有挑战性的工作就是验证这些组件之间的互动情况，以及它们对外部数据和系统的响应。系统级模型拥有数量庞大和复杂度极高的组件，以及由嵌入式软件生成的复杂序列，它们给传统的逻辑模拟方式带来了巨大的挑战。这就迫使工程师们要采用更高抽象级的SystemC事务级模型(TLM)和基于硬件的加速/仿真技术作为系统级验证的基本解决方案。
事务级模型(TLM)的优点
使用SystemC语言的事务级建模已经成为越来越受欢迎的抽象级建模系统方法，可同时用于系统架构和软件的早期开发。SystemC TLM通过函数调用的方式来模拟模块间的总线通信，而不必对底层的细节进行描述。
作为一种更高的抽象级，TLM的运行速度通常比RTL仿真高几个数量级，因此，架构设计师们能够更自如地进行软、硬件的划分，系统性能的分析，并在RTL模型完成前开始嵌入式软件的开发。SystemC TLM还能够与基于C++的指令集仿真器(ISS)或主机代码执行系统集成在一起来实现系统级的直接测试和实际应用。
TLM也可以用于Verilog、VHDL、e 和SystemVerilog等语言构建的验证环境中，为硬件设计和验证工程师提供有价值的、可用来与RTL模块和群(cluster)进行比较的参考模型，从而减少了设计和验证的工作量。此外，在架构分析到系统加速和仿真的整个验证过程中， TLM都可以被重用。它们既可以在设计初始阶段独立使用(或与ISS/HCE一起)，也可以在实现阶段与RTL模型一起进行模拟，或者在最后阶段与硬件加速器/仿真器一起用于全系统验证。因此，TLM可以实现更高效的基于事务的系统验证，与其他方法相比，具有更高的性能和效率。
全面的事务级系统验证
解决方案
全面的事务级系统验证解决方案要求能够提供从架构验证到RTL模拟和全系统的加速/仿真的整个验证过程，需要具有几个重要的特点。
对验证计划的重视：
基于计划的验证方案
基于计划的解决方案能够使回归测试、故障分析和覆盖率集合(coverage aggregation)自动化，无论是基于事务的验证(TBV)还是跨整个流程的信号级测试都非常重要。全系统覆盖率方法是将TBV的直接测试覆盖率、软件用例覆盖率、有约束的随机测试覆盖率和断言覆盖率等结合起来，以提供一个整体的验证收敛标准。其中断言覆盖率在整个过程都应该得到支持，包括SystemC TLM、RTL模拟、形式验证、加速和仿真等。
对混合验证语言的支持：
与IEEE完全兼容的混合语言仿真
一个最理想的解决方案是能够将SystemC TLM与Verilog、VHDL、SystemVerilog 和e模型无缝地接合起来，并能适应任何混合语言和混合级设计环境，同时还能使IP重用最大化。理想的SystemC编译器应该能够支持所有的IEEE 1666、OSCI SystemC、SCV和TLM标准。同时，该编译器应该是基于统一的混合语言内核，并支持基于事务的加速。与其他软件仿真器相比，单一的内核具有更高的性能。
对仿真性能的提升：
基于事务的加速(TBA)
由于降低了工作站和加速器之间的通讯量，基于TBA的硬件加速比普通软件仿真快数个量级，比信号级硬件加速快一到两个数量级。高效的TBA解决方案的一个关键因素是：当采用一致化(congruency)特性后，无须对设计、验证环境和VIP作任何修改，在软件仿真和硬件加速中生成的结果都是相同的，
从仿真到硅片实现：
事务级硬件加速和系统仿真的混合方式
混合方式是TBSV解决方案的一个主要特点，它将事务硬件加速和系统仿真集成在同一过程中。该功能可支持复杂的验证环境，如协同软件环境和物理目标系统的多个并发激励源。这就使验证人员能够将其验证过程平稳地从软件仿真过渡到芯片实现，同时还能优化性能。
有助于通信的通用性：
公共调试环境
公共调试环境有助于跨多个抽象级和语言域的调试工作。即使采用多个引擎，它也能在单一窗口中跟踪和捕捉事务、信号和统一断言。确保调试环境能够提供完善的面向事务的记录、可视化和分析功能，包括测量总线带宽利用率、外设利用率、处理器存储空间访问和功能覆盖率等。统一的调试环境能够极大地改善生产力，促进架构设计师、硬件设计师、验证工程师和软件工程师之间的沟通。
对验证IP的支持：
用于TBSV的验证IP库
为了能够支持TBSV设计方法，解决方案必须包含以下三类验证IP(VIP)库:
基于事务的验证IP库。可提供预先定制好的事务处理器(包括主从)，适用于主流的总线接口。必须为仿真和加速提供具有一致性和可重用性的模型，并能支持各种引擎。
基于断言的验证IP库。可提供预先定制好的断言协议监控器，可用于软件模拟、加速和硬件仿真。
SpeedBridge速率适配器库，可实现在系统仿真，用于结合目标系统的软硬件协同仿真。
选择合适的方法学：
计划到收敛的方法学
最后，一套全面的事务级系统验证解决方案还应该具有在线功能和完善知识系统的辅助方法学来帮助设计团队学习使用这套系统。它能够详细地解释如何将TLM用于仿真环境中，以及如何将相同的SystemC / RTL混合环境和VIP用在仿真和加速中。
结语
事务级验证是用于复杂系统验证的重要方法，不仅能够加速验证，还可以简化对设计的理解、评估以及分析。借助SystemC TLM强大的抽象能力和高仿真性能，设计团队能够解决系统验证过程中的各种问题并尽可能重用VIP。此外，在选择事务级验证解决方案的时候，一定要选择端到端的解决方案。只有包括了完善的工具、VIP和设计方法学的事务级系统验证解决方案才能带来更高的性能和效率。■