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什麼是「等效性檢查 」?

新思科技 編輯部

2020年10月9日 / 閱讀時間 3 分鐘

定義

等效性檢查 是稱為「形式驗證」這一更廣泛學科的一部分。這項技術運用數學建模技術,用以證明設計的兩種表示形式具有相同的行为。此方法不應與「功能驗證 」混淆,後者是透過窮舉模擬來驗證設計的正確性。

一旦確定了設計的已驗證版本,即可利用「等效性檢查 」來判斷該設計的另一種表示形式是否與已驗證版本具有相同行為。此技術不使用輸入向量,因此效率更高。

等效性檢查 這有助於驗證在進行合成等操作之後,或 功能性工程變更指令 (ECO) 已套用之後,是否仍維持不變。

等效性檢查 是如何運作的?

等效性檢查 共有三個基本步驟:

  1. 設定
  2. 製圖
  3. 比較

設定階段的輸入包含已驗證的參考設計、函式庫元件以及修訂後的設計。在此步驟中,系統會讀取這些輸入,並建立資料結構以利後續步驟的進行。

在「映射」階段,會將設計的關鍵點進行映射並進行比較。通常會使用邏輯錐來組織比較點。邏輯錐是一種組合邏輯模組,用於驅動比較點。邏輯錐的輸入包含寄存器輸出腳位、主要輸入埠以及黑盒輸出腳位。比較點則包含寄存器、主要輸出埠以及黑盒輸入腳位。

在「比對」過程中,系統會檢視已映射的關鍵點,以判定其屬於「等效」、「非等效」或「反轉等效」。若設計中某些部分的比對結果無法明確判定,可投入更多資源重新執行比對,以解決此問題。

下圖說明了此流程:

功能性工程變更指令 (ECO) 圖 1 | 新思科技

Why Equivalence Checking is Important?

在任何典型的複雜 SoC 設計中,設計流程中都有許多工具會對設計進行各種操作。除了邏輯合成之外,還有功耗最佳化 步驟、可測試性插入以及功能性工程變更(ECO),用以處理設計問題或因應設計變更。

所有這些步驟都可能對設計行為造成細微的改變,而這些改變可能在模擬過程中被忽略,因為模擬的完整性取決於驅動它的測試平台。由於「等效性檢查 」基於無向量形式證明方法,這項技術能夠偵測到在此過程中產生的各種錯誤。這顯著提升了對最終結果的信心。

等效性檢查 的優點有哪些?

等效性檢查 為任何設計流程提供了強大的輔助工具。透過形式化方法驗證設計的一致性,能深入了解設計結果的品質,且此品質評估不取決於測試平台是否完備。具體優勢包括:

  • 效率更高。較少依賴速度較慢的閘極層級模擬。
  • 信心更強。較少擔心工具鏈或工程變更指令(ECOs)會引入細微的錯誤。
  • 品質更佳。此技術可凸顯設計中不當的 RTL 編碼。
  • 預測性更高。漏檢錯誤的機率更低。

邏輯等效性檢查 與 Sequence 的比較等效性檢查

邏輯等價性檢查(等效性檢查 ,LEC)會檢視設計的組合邏輯結構,以判斷兩種替代實現方案的結構是否會展現相同的行为。若對設計施加重新定時等操作,則該設計的結構將不再能在兩種表示法之間建立對應關係。

序列等效性檢查(SEC)會將時序因素納入考量,並在多個時鐘週期內檢視兩個設計表示形式的等效性。

等效性檢查 以及 新思科技

新思科技 提供 Formality 等效性檢查 該方法採用形式化與靜態分析技術,用以判定某項設計的兩個版本在功能上是否等價。

新思科技 Formality 圖 | 新思科技

新思科技 此外還提供 VC Formal,這項解決方案包含一套全面的形式驗證應用程式(Apps),涵蓋屬性驗證(FPV)、自動提取屬性(AEP)、覆蓋率分析器(FCA)、連通性檢查(CC)、 序列等效性檢查 (SEQ)、寄存器驗證(FRV)、X 傳播驗證(FXP)、測試台分析器(FTA)、回歸模式加速器(RMA)、資料路徑驗證(DPV)、功能安全(FuSa),以及用於驗證標準匯流排協定的斷言 IP(AIP)產品組合。

最後, 新思科技 提供ESP,這是一款基於符號模擬的客製化設計形式驗證工具(等效性檢查 )。ESP 是一款形式驗證工具(等效性檢查 ),常用於對客製化設計(例如嵌入式記憶體 、客製化巨集、標準單元及 I/O 單元庫)進行完整形式驗證(功能驗證 )。其用途在於確保兩種設計表示形式在功能上等價。這些設計可呈現為 Verilog 行為模型、RTL、閘極、開關、SPICE 或 .db 網表視圖。

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