跨時(shí)鐘域數(shù)據(jù)傳輸上的驗(yàn)證考量
時(shí)間：2021-12-07 16:18:55
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[導(dǎo)讀]跨時(shí)鐘域驗(yàn)證可分為結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和功能驗(yàn)證兩類。結(jié)構(gòu)驗(yàn)證確保在需要的地方添加了適當(dāng)?shù)耐竭壿?。功能?yàn)證確保已添加的邏輯實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。僅通過(guò)執(zhí)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，就可以檢測(cè)到許多CDC問(wèn)題。這些檢查比功能驗(yàn)證更簡(jiǎn)單、更快。因此，驗(yàn)證應(yīng)從結(jié)構(gòu)檢查開始，檢測(cè)到的問(wèn)題應(yīng)在轉(zhuǎn)向功能驗(yàn)證之前進(jìn)行修復(fù)。...
跨時(shí)鐘域驗(yàn)證可分為結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和功能驗(yàn)證兩類。結(jié)構(gòu)驗(yàn)證確保在需要的地方添加了適當(dāng)?shù)耐竭壿嫛?/span>功能驗(yàn)證確保已添加的邏輯實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。
僅通過(guò)執(zhí)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，就可以檢測(cè)到許多CDC問(wèn)題。這些檢查比功能驗(yàn)證更簡(jiǎn)單、更快。因此，驗(yàn)證應(yīng)從結(jié)構(gòu)檢查開始，檢測(cè)到的問(wèn)題應(yīng)在轉(zhuǎn)向功能驗(yàn)證之前進(jìn)行修復(fù)。
基于規(guī)則的檢查是執(zhí)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的一種非常有效的方法。斷言可以在設(shè)計(jì)中使用一些EDA工具自動(dòng)推理證明，也可以將它們插入到RTL中帶入仿真環(huán)境，這兩種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
仿真結(jié)果取決于所使用的測(cè)試向量的質(zhì)量。如果所應(yīng)用的測(cè)試向量不能觸發(fā)問(wèn)題，那么該問(wèn)題可能不會(huì)被檢測(cè)到。很難確定正確的測(cè)試向量集，從而提供良好的覆蓋范圍。與仿真相比，形式化技術(shù)提供了更好的覆蓋范圍，并且不需要提供任何測(cè)試向量。然而，由于狀態(tài)空間爆炸，形式化技術(shù)存在一些性能問(wèn)題。因此，這些檢查不用于全芯片分析，但它們?cè)谀K級(jí)別上工作得相當(dāng)好。
驗(yàn)證跨時(shí)鐘域問(wèn)題可以按照以下幾個(gè)步驟：
Step 1
檢查以下場(chǎng)景中是否存在有效的同步器：1、跨異步時(shí)鐘域2、存在亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的同步跨時(shí)鐘域
一個(gè)級(jí)聯(lián)觸發(fā)器同步器可能足以確保不會(huì)存在亞穩(wěn)態(tài)傳播。然而，仍然可能存在數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。因此，建議在這個(gè)階段只檢查級(jí)聯(lián)觸發(fā)器同步器是否只用于單比特變化信號(hào)。如果缺少同步器，設(shè)計(jì)人員應(yīng)修改設(shè)計(jì)以添加適當(dāng)?shù)耐竭壿嫛?/span>
Step 2檢查是否存在單獨(dú)同步的匯聚信號(hào)，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。單獨(dú)同步的匯聚信號(hào)數(shù)據(jù)應(yīng)是 Gray-encoded。下圖顯示了一個(gè)控制總線時(shí)鐘域交叉，它使用級(jí)聯(lián)多觸發(fā)器進(jìn)行同步，但沒有進(jìn)行Gray-encoded。此時(shí)，將為斷言失敗生成一個(gè)波形軌跡。?
Step 3一旦添加了適當(dāng)?shù)耐竭壿嫴⑼瓿闪薌ray-encoding檢查，下一步是驗(yàn)證在將數(shù)據(jù)從一個(gè)時(shí)鐘域傳輸?shù)搅硪粋€(gè)時(shí)鐘域時(shí)沒有數(shù)據(jù)丟失。這需要對(duì)以下兩種情況進(jìn)行檢查：同步跨時(shí)鐘域：1、同步跨時(shí)鐘域從快時(shí)鐘域到慢時(shí)鐘域2、同步跨時(shí)鐘域從慢時(shí)鐘域到快時(shí)鐘域，時(shí)鐘邊沿可能連續(xù)多拍非常靠近3、異步跨時(shí)鐘域
可以通過(guò)斷言每個(gè)源數(shù)據(jù)始終能夠在目標(biāo)時(shí)鐘域采樣到。對(duì)于其他同步方案，可以進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)的功能檢查，以確保沒有數(shù)據(jù)丟失。
Step 4
在所有使用某些特殊同步方案的情況下，都需要驗(yàn)證它們是否正確地執(zhí)行了預(yù)期的功能。這對(duì)于確保不傳播亞穩(wěn)態(tài)、數(shù)據(jù)不一致性或數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題非常重要。這里給出了三個(gè)常用方案所需的檢查：握手同步：檢查request-data和request-acknowledge協(xié)議是否符合規(guī)范要求。FIFO同步：檢查是否沒有FIFO overflow 或underflow。Mux recirculation：檢查當(dāng)同步控制信號(hào)EN_Sync拉高時(shí)，是否保持“源數(shù)據(jù)A穩(wěn)定并且目的時(shí)鐘中至少有一個(gè)有效邊沿”。
僅通過(guò)執(zhí)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，就可以檢測(cè)到許多CDC問(wèn)題。這些檢查比功能驗(yàn)證更簡(jiǎn)單、更快。因此，驗(yàn)證應(yīng)從結(jié)構(gòu)檢查開始，檢測(cè)到的問(wèn)題應(yīng)在轉(zhuǎn)向功能驗(yàn)證之前進(jìn)行修復(fù)。
基于規(guī)則的檢查是執(zhí)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的一種非常有效的方法。斷言可以在設(shè)計(jì)中使用一些EDA工具自動(dòng)推理證明，也可以將它們插入到RTL中帶入仿真環(huán)境，這兩種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
仿真結(jié)果取決于所使用的測(cè)試向量的質(zhì)量。如果所應(yīng)用的測(cè)試向量不能觸發(fā)問(wèn)題，那么該問(wèn)題可能不會(huì)被檢測(cè)到。很難確定正確的測(cè)試向量集，從而提供良好的覆蓋范圍。與仿真相比，形式化技術(shù)提供了更好的覆蓋范圍，并且不需要提供任何測(cè)試向量。然而，由于狀態(tài)空間爆炸，形式化技術(shù)存在一些性能問(wèn)題。因此，這些檢查不用于全芯片分析，但它們?cè)谀K級(jí)別上工作得相當(dāng)好。
驗(yàn)證跨時(shí)鐘域問(wèn)題可以按照以下幾個(gè)步驟：
Step 1
檢查以下場(chǎng)景中是否存在有效的同步器：1、跨異步時(shí)鐘域2、存在亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的同步跨時(shí)鐘域
一個(gè)級(jí)聯(lián)觸發(fā)器同步器可能足以確保不會(huì)存在亞穩(wěn)態(tài)傳播。然而，仍然可能存在數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。因此，建議在這個(gè)階段只檢查級(jí)聯(lián)觸發(fā)器同步器是否只用于單比特變化信號(hào)。如果缺少同步器，設(shè)計(jì)人員應(yīng)修改設(shè)計(jì)以添加適當(dāng)?shù)耐竭壿嫛?/span>
Step 2檢查是否存在單獨(dú)同步的匯聚信號(hào)，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。單獨(dú)同步的匯聚信號(hào)數(shù)據(jù)應(yīng)是 Gray-encoded。下圖顯示了一個(gè)控制總線時(shí)鐘域交叉，它使用級(jí)聯(lián)多觸發(fā)器進(jìn)行同步，但沒有進(jìn)行Gray-encoded。此時(shí)，將為斷言失敗生成一個(gè)波形軌跡。?
Step 3一旦添加了適當(dāng)?shù)耐竭壿嫴⑼瓿闪薌ray-encoding檢查，下一步是驗(yàn)證在將數(shù)據(jù)從一個(gè)時(shí)鐘域傳輸?shù)搅硪粋€(gè)時(shí)鐘域時(shí)沒有數(shù)據(jù)丟失。這需要對(duì)以下兩種情況進(jìn)行檢查：同步跨時(shí)鐘域：1、同步跨時(shí)鐘域從快時(shí)鐘域到慢時(shí)鐘域2、同步跨時(shí)鐘域從慢時(shí)鐘域到快時(shí)鐘域，時(shí)鐘邊沿可能連續(xù)多拍非常靠近3、異步跨時(shí)鐘域
可以通過(guò)斷言每個(gè)源數(shù)據(jù)始終能夠在目標(biāo)時(shí)鐘域采樣到。對(duì)于其他同步方案，可以進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)的功能檢查，以確保沒有數(shù)據(jù)丟失。
Step 4
在所有使用某些特殊同步方案的情況下，都需要驗(yàn)證它們是否正確地執(zhí)行了預(yù)期的功能。這對(duì)于確保不傳播亞穩(wěn)態(tài)、數(shù)據(jù)不一致性或數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題非常重要。這里給出了三個(gè)常用方案所需的檢查：握手同步：檢查request-data和request-acknowledge協(xié)議是否符合規(guī)范要求。FIFO同步：檢查是否沒有FIFO overflow 或underflow。Mux recirculation：檢查當(dāng)同步控制信號(hào)EN_Sync拉高時(shí)，是否保持“源數(shù)據(jù)A穩(wěn)定并且目的時(shí)鐘中至少有一個(gè)有效邊沿”。
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