AHB—SRAMC项目（结构图，核心代码、Testbench架构）

一、AHB_SRAMC项目介绍

本项目中的SRAM控制器具有较低的功耗和较小的面积，其一端连接AHB总线，另一端连接大小为64K的SRAM存储器，该存储器为单端口。本项目的SRAM控制器的作用就是实现SRAM存储器与AHB总线的数据信息交换。其组成结构示意图如图所示：

SRAM控制器设计大体可以划分为以下的模块： ①SRAM控制单元、②SRAM存储单元（内嵌MBIST电路）、③AHB总线控制单元（含AHB总线的接口模块、地址路径和数据路径）。三大模块的详细代码参见后续篇文章。本项目的设计核心是 AHB总线控制单元和SRAM控制单元。AHB总线控制单元直接接受来自外部的访问请求，并把这些信息转化为外部对SRAM存储器的数据存取请求。SRAM控制单元直接与存储器相连接，主要的功能是将控制信号和地址信号及数据信号进行转化，并将其发送给SRAM存储器，进行实际的数据存取。地址路径可以分为地址译码路径和地址通路两部分；数据路径可以分为写数据通路和读数据通路。

1.1.AHB总线控制单元（ahb_slave_if.v）

总线的控制单元是总线与SRAM控制器连接的接口，所有AHB总线传输过来的数据信号都必须经过总线控制单元的转换处理，否则，数据信号就不能被传送到SRAM控制器，就不能很好的实现SRAM控制器与总线之间的数据传输。这里的总线控制单元在设计称为slave interface。总线控制单元的接口图如图所示：

图中左侧的数据信号为AHB总线传输到总线控制单元的信号，包括地址和数据信号。图中右侧为控制单元反馈给AHB总线的信号。这些信号都是与AHB总线兼容的。当HSEL信号有效时，总线控制单元与 SRAM存储器控制单元之间可以进行信息传输，实现对SRAM存储器的读写操作。
总线控制单元的主要作用就是接收来自AHB总线的地址和数据信息等，将这些总线访问的指令信息处理后送到其他单元：将读写地址信息传送到地址路径，将写数据送到数据路径，同时接收数据路径返回的读数据。

1.2.SRAM控制单元（sramc_top.v）

SRAM控制单元直接控制SRAM存储器进行存取操作，因此，SRAM 控制单元与SRAM存储器连接的接口信号也很重要。SRAM存储控制单元和SRAM存储器的信号接口图如下所示：
SRAM的工作原理很简单，SRAM控制单元根据接收到的总线控制信号，将这些信号处理转化为SRAM存储器可以识别的信号，发送到 SRAM存储器；之后，将经过地址译码的物理地址传送到存储器的地址总线，并将数据路径处理的数据送到SRAM存储器的数据总线。最后，SRAM存储器进行相应的读写访问。如果是写操作，SRAM 控制单元的任务就完成了，SRAM 存储器已将数据信息按照要求写入。如果是读操作，SRAM控制单元需要接收返回的读数据，将其送到数据路径，由数据路径将信息传输给AHB总线，最终实现总线对SRAM
的读操作。
在本项目中，将SRAM控制单元作为顶层，模块名为sramc_top.v，调用总线控制单元，模块名为ahb_slave_if.v和SRAM存储器，模块名为sram_core.v。

1.3.主要的传输路径

由于要实现SRAM存储器和AHB总线之间的数据传输，就要有地址路径和数据路径两个重要的组成单元。
地址路径的主要功能就是提供访问地址信息，在本项目中，地址路径的作用就是接受AHB总线的读写访问地址，并将这些信息传送到 SRAM控制单元。当SRAM存储器处于无法访问状态时，地址路径会将地址信息暂时存放，直到对SRAM实现读写访问时，地址路径才会继续有效。地址路径有两个部分组成：地址译码单元和地址通路。
地址译码单元的主要任务就是将读写地址编译成SRAM存储器可以识别的地址。地址通路是在地址译码单元的基础上，实现对读写地址的缓冲，这是由SRAM存储器的读写基本传输特性和猝发传输特点所决定。
数据路径的作用就是实现AHB总线对SRAM存储器的正确访问。在项目中，数据路径的功能就是实现写数据通路和读数据通路。
写数据通路就是从系统内其他主设备向从设备写入数据必经的通道，它的作用是可以暂时存放数据信息。当有写操作要求时，SRAM控制器检查写数据通路是否有空。间，如果有就写入待写数据，如果没有空间，那么等待下一个周期。写数据通路使用FIFO来实现。
读数据通路和写输入通路相对应，数据从SRAM存储器返回到AHB总线也需要经过读数据通路。当AHB总线处于BUSY状态时，不能接受从SRAM存储器传输的数据时，就可以将这些数据暂时存放在读数据通路当中，当AHB总线处于IDLE时，这些数据传输到总线上面进行处理。也就是说读数据通路其实也扮演着数据缓冲的作用。在设计中，和写数据通路一样，也常使用FIFO实现。

二、结构框图

2.1.AHB_SRAMC结构图（重点）

上面介绍了整体的设计思路，SRAM控制器设计框图，如下两幅图所示。将SRAM存储单元部分设计分为上下两个bank（block），bank0包括 sram_bist0、sram_bist1、sram_bist2、sram_bist3四个部分，地址范围是0到32；bank1包括sram_bist4、sram_bist5、sram_bist6、sram_bist7四个部分，地址范围是32到64。

这种 设计方法的优势在于在运行的时候，如果选中bank0，那么下面的芯片都没有片选中，因此，bank1中的存储单元处于闲置状态，bank1的内存功耗很低。同时，每个bank又分成4片（AHB支持 8/16/32位操作）。比如，在 0 到 32 位的空间，我们只取一个8位的操作，只选中4片中的一片，剩下的3片功耗都很低。在整个设计系统中，8片SRAM只有一片被选中工作，其余的都未被选中，未被选中的SRAM功耗很低，片选中的功耗与没被选中的功耗会相差数十倍甚至上百倍，这样将会很大程度降低了功耗。

2.2.总线控制单元与SRAM控制单元结构图

从图中可以看出，总线控制单元端口主要是控制信号和数据信号等。这一个模块的主要作用就是将总线的信号转化为SRAM控制单元可以识别的物理信号，进而实现读写操作的功能。总线控制单元的内部结构如下图所示：

总线控制单元模块是设计中的重点模块，这一部分核心的代码在第三部分有详细的展示。由于SRAM存储单元采用的8K*8的设计方式，且每个block中包含4块SRAM存储单元。因此，每个block的位宽为32 位，且AHB总线也支持32位的操作，在写数据时可以直接赋值，其中，片选信号是由高位译码产生的。

三、部分核心代码(重点理解)

根据上面的结构框图，对电路进行设计。 顶层模块包含总线模块和存储单元模块。其中，存储单元模块由8个子模块构成，每个子模块由一个SRAM存储单元和bist结构组成。
下面简单介绍一下总线模块的部分代码，实现的主要功能就是AHB 总线与SRAM存储单元的数据传输。这一部分也说明了存储单元是如何进行片选的，正是由于采用了片选结构，电路整体功耗才比较低。

/*选用单周期读写SRAM且SRAM一直处于“OK”状态*/ 
assign hready_resp =1’b1;
assign hresp =2’b00;

/*数据从SRAM传输到AHB总线 */ 
assign hrdata = sram_data_out 

/* 根据AHB总线协议，只有当TRANS信号为NONSEQ或者SEQ时，数据读写才有效，因此，需要保证SRAM读写时，TRANS信号有效。SRAM进行写操时，hwrite信号为高；SRAM进行读操作时，hwrite信号为低 */ 
assign sram_write = ((htrans_r == NONSEQ) || (htrans_r == SEQ)) && hwrite_r; 
assign sram_read = ((htrans_r == NONSEQ) || (htrans_r == SEQ)) && (!hwrite_r); 

/*写使能信号低有效*/ 
assign sram_w_en = !sram_write; 

/*只有当SRAM进行读写操作时，片选使能信号才为高电平，主要是节省功耗*/ 
assign sram_csn_en = (sram_write || sram_read); 

/*当片选信号为1时，选中bank0；当片选信号为0时，选中bank1*/ 
assign   sram_data_out = (bank_sel) ?   {
     sram_q3, sram_q2, sram_q1, sram_q0} : 
                                        {
     sram_q7, sram_q6, sram_q5, sram_q4} ; 

/*这一部分片选操作时，低32K空间选择bank0，在高32K空间选择bank1*/ 
assign bank_sel = (sram_csn_en && (sram_addr[15] == 1'b0)) ? 1'b1 : 1'b0; 
assign bank0_csn= (sram_csn_en && (sram_addr[15] == 1'b0)) ? sram_csn : 4'b1111; 
assign bank1_csn= (sram_csn_en && (sram_addr[15] == 1'b1)) ? sram_csn : 4'b1111; 

/*数据从AHB总线写入SRAM */ 
assign sram_wdata = hwdata; 

/*每个bank有4片SRAM，每一片SRAM有一个片选信号  */ 
always@(hsize_sel or haddr_sel)  
begin 
   if(hsize_sel == 2'b10) 
       sram_csn = 4'b0; 
       
/*一次片选两片SRAM */ 
   else if(hsize_sel == 2'b01)  
     begin      
       if(haddr_sel[1] == 1'b0)        
           sram_csn = 4'b1100; 
       else 
         sram_csn = 4'b0011; 
     end 

/*选择一片SRAM，具体到4片中的某一片*/ 
    else if(hsize_sel == 2'b00)  
      begin 
       case(haddr_sel) 
          2'b00 : sram_csn = 4'b1110; 
          2'b01 : sram_csn = 4'b1101; 
          2'b10 : sram_csn = 4'b1011; 
          2'b11 : sram_csn = 4'b0111; 
          default : sram_csn = 4'b1111; 
        endcase 
      end 
    else 
       sram_csn = 4'b1111; 
end 

上面部分代码是与结构框图相对应的片选部分，这一部分是组合逻辑部分，主要是分成两个操作：数据从SRAM传输到AHB总线和数据从 AHB总线传输到SRAM中。这一部分设计的意义在于只有一片SRAM 工作，整体功耗较小。在时序逻辑部分，片选hsel信号，避免信号不停翻转，可以有效降低功耗。

四、SystemVerilog Testbench架构（重点）

一个建议的SystemVerilog的验证平台如下，其中agent的结构注意与UVM的架构平台区分。


如何一步一步编写SystemVerilog Testbench？

• 根据ahb slave接口信号，编写ahb slave interface；
• 根据ahb slave输入和输出接口，进行数据建模；
• 编写数据生成模块driver；
• 编写数据代理模块agent；
• 编写数据处理模块driver，将数据驱动至DUT；
• 编写数据采集模块monitor，送至Scoreboard；
• 编写自动化比较模块Scoreboard，进行数据比较；
• 根据specification和接口信号，编写覆盖率模型coverage；
• 编写测试用例testcase；
  10.编写Makefile脚本文件，运行仿真；

五、目录结构

SV验证平台的目录一般分三级; 以AHB_SRAMC项目为例，通常可将

• 一级目录定为：ahb_sramc_svtb
• 二级目录为：doc rtl verif
• 三级目录为：agent env sim tb tests
  -在二级目录中，doc目录中通常放置document有效文件，rtl中放置DUT代码，三级目录一般放在二级目录的verif中；在三级目录的agent中防止agent.sv文件，env中放置transaction，generator，driver，monitor，Scoreboard等目录，以及environment.sv文件；sim目录中则放置Makefile脚本，和DUT文件列表；tb目录中放置top和interface文件；tests目录中放置测试用例testcase；