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串并行接口的参数化可复用抖动（jitter）模型

已有 1444 次阅读| 2016-9-25 23:17 |个人分类:验证前沿资讯|系统分类:芯片设计

抖动是指信号相对于其时间理想位置发生的短暂变化，可能会造成数据接收模块接收到错误的数据。在验证串行或并行接口数据传输时，很有必要模拟这种抖动。串行通信时，很多情况下时钟并不和数据一起发送。这样做可以减少引脚数，进而降低封装成本。当然这样的话，当数据被接收时，要从数据中恢复得到时钟信号。模拟链路上的位宽变化对于验证时钟数据恢复是非常关键的，通过这种模拟，可以暴露一些问题，比如弹性缓冲器的深度不够等。而对于并行接口，数据总线的不同数据位也会产生不同的抖动，也需要抖动模型来模拟这些抖动。

一般来讲，我们会为每个新的接口开发一个独立的抖动模型，所以很费时间，因此我们要介绍一种参数化并且可复用的方法，用于减少建模工作量，这种方法适用于任何串行或者并行接口。（但是将这种方法用于串行接口时，也尴尬地发现了2个可能会导致重新流片的安全漏洞）。

抖动类型

抖动模型引入的抖动可以是确定的（如正弦、三角形），随机的（高斯），或两者的组合。

正弦抖动可以通过以下公式来建模：

sj_offset + (sj_ampl*$sin(2*3.1416*curr_sj_freq*$realtime))

其中

sj_offset = an initial offset of the jitter sinusoid
sj_ampl = amplitude of the jitter sinusoid
curr_sj_freq = frequency of the jitter sinusoid

随机抖动可以通过以下公式来建模：

rj_offset + $dist_normal(rj_seed, 0, rj_stdev)*10/1000

其中 

rj_offset = an initial offset for the random jitter
rj_seed = initial seed for the normal distribution
rj_stdev = standard deviation for the density function

以往的抖动建模方法
上图描述了过去为不同接口信号的抖动建模的方法。使用这种方法，每个新的接口需要开发一个独立的抖动模型。而不同接口间会有很大差异，比如串并行、数据总线端口名称、总线位宽等。另外端口符合的协议也可能完全不同，因此复用不同接口的抖动模型也挺麻烦的。此外，由于抖动是在接口上建模的，模型始终在启用，所以还需要静态分配内存。

我们推荐的抖动建模方法
上图是我们推荐的开发抖动模型的方法。使用了UVM开发抖动模型。这种方法具有参数化，可复用的特点。
抖动模型的组成
一个典型的抖动模型具有以下参数：
接口的参数，比如总线名称、位宽等。
测试平台参数，比如抖动类型，抖动模型使能控制信号等。
在我们提出的方法中，我们开发了一个Perl脚本，它从文件（或命令行）中提取接口信号信息，并据此自动生成接口文件。这些文件包括输入、输出、总线位宽等。读取信息和生成文件的脚本如下。
上图是我们推荐的开发抖动模型的方法。使用了UVM开发抖动模型。这种方法具有参数化，可复用的特点。
抖动模型的组成
一个典型的抖动模型具有以下参数：
接口的参数，比如总线名称、位宽等。
测试平台参数，比如抖动类型，抖动模型使能控制信号等。

在我们提出的方法中，我们开发了一个Perl脚本，它从文件（或命令行）中提取接口信号信息，并据此自动生成接口文件。这些文件包括输入、输出、总线位宽等。读取信息和生成文件的脚本如下。
此外，这个脚本自动添加了一些逻辑结构， 用于在输入输出之间插入延时，下图示例出一个接口文件代码片段。
抖动模型实质上是一个UVM agent，基于TB的参数改变位宽。

UVM TESTBENCH环境
下图是此方法的UVM testbench。DUT有一个串行接口和一个并行接口。环境包含了各类agent，这些agent用于DUT通过串行或者并行接口收发数据。

jitter agent 的组件-配置对象
jitter agent中包含有一个组件——配置对象，配置对象包含了许多testbench参数。用户可以根据设计要求自己配置这些参数。
上文提到抖动类型有很多，如正弦、三角形、高斯、或他们的组合形式等。对于正弦抖动，要考虑其抖动幅度和频率。对于三角形的抖动，要考虑其最小、最大抖动和重复的频率。下图显示了一个配置示例。
jitter agent的组件——driver
基于特定的串并行接口，扩展基础driver类可生成 jitter agent的组件——driver。对于一个串行或并行的接口，接口所呈现的延时值在driver里被赋给抖动值。这些延时会导致传入的信号在输出前被延时。下图显示了延时的计算。
Jitter agent的创建
jitter agent的组件包括配置对象、driver、squencer、monitor。jitter agent可以配置为passive状态或者active状态。当agent被配置为passive状态，只实例化monitor；当agent配置为active时，driver、squencer、monitor都会被实例化。另外，jitter agent实质上是动态的，可以在不需要的时候将其禁用。用户可以通过配置对象来配置。下图显示了配置对象动态控制jitter agent创建的过程。
复用抖动模型
为了将抖动模型复用到新的接口上，我们需要遵循以下几个步骤：
用perl脚本生成接口文件。
在TB的environment里面实例化jitter agent
在test里面设置配置对象。
示例见下图
接口上的波形案例分析
这里来讨论我们提出的方法，在串行和并行接口上得到的结果。
下图中，HSDP_P0和HSDM_P0指串行接口上一组差分信号对。DUT接收到的数据位没有抖动。因此，数据位宽测量值恒定且保持在2080ps。
下图中,DUT在HSDP_P0和HSDM_P0处接收抖动的数据流。位宽因为抖动的引入而发生变化，在上图中被标记的两位，他们在下图中测得位宽为2044ps和2097ps。
下图在一条写路径上的并行接口中引入了抖动。在写操作期间，抖动被引入到该并行数据总线和写数据选通控制线上.  BP_DQ是一个32位双向数据总线，BP_WDQS_T是没有任何抖动的写选通线。BP_delay_DQ是32位数据总线的输出。 BP_WDQS_delay_T是在BP_WDQS_T上引入抖动后得到的写选通信号。在接收端(agent/slave)，根据写选通BP_WDQS_delay_T对数据总线BP_delay_DQ进行采样。
下图显示了在同一个接口上，在一条读路径上引入抖动。在读操作期间，抖动被引入到并行数据总线和读选通控制线上。BP_SLV_BQ是一个32位的读数据总线，BP_RDQS_SLV_T是没有任何抖动的读选通线，BP_DQ是32位数据总线的输出，(BP_SLV_DQ传递到BP_DQ时，会引入的抖动或者偏移)。 BP_RDQS_delay_T是在BP_RDQS_SLV_T上引入抖动后得到的读选通信号。在接收端(DUT)，根据读选通BP_RDQS_delay_T对数据总线BP_DQ进行采样。
串行接口上的bug
必须指明的是，我们的方法存在一定的缺陷，下表列出的是在串行接口上使用我们的方法产生的bug。
下图显示了上表所列的第一个bug，dp/dm指的是串行数据线上的一对差分信号。rx_data是串行数据在恢复得到时钟信号数据后的8位并行数据。在标记指示的位置处，数据没有被写进弹性缓冲区，反而丢失了。这导致rx_data获取的第一个字节出错了。
总结
为每个新接口开发独立的抖动模型缺乏可复用性。用我们的方法，任何新的接口都可以产生抖动模型，并且可以在不需要时禁用，能够很快的集成到验证环境中，大大节省了开发新接口抖动模型的时间。