IC验证之怎样通过波形来发现和定位Bug

根据海思验证大牛一文《总结我的思路，如何在验证中发现和定位Bug》整理而得。

很多新晋的验证人员抱怨，这么多信号，这么复杂的连接关系，千头万绪，眼睛都看得长挑针，还是看不出东西。OK，我说，这是没办法的事情，看波形，追波形，是一个经验积累的过程，任谁都逃不掉。越是看，越是明白，越是不看，越是不懂。看得多了，自然就知道应该抓那些信号，如何分类，如何追溯了。所以我奉劝某些希望通过全自动的Log和信息推导结果，或者每次一有问题就找设计人员看波形的验证人员，回头是岸。波形，是逻辑运行的最真实的表现，逃不掉的。

看波形首先有两个基本的看点。

先看X和Z。

任何一个波形，无论是验证的前期、中期、后期，到手之后，先刷屏，找X和Z，确认。某些Z和X是可以存在的，例如某些IP模型，或者未初始化的寄存器和RAM，但芯片开始正常后，Z和X，都不应当存在。

OK，我承认这个经验非常简单，某些高层领导可能认为这简直就是幼稚。可惜，可惜的是，我至今为止看的，所有项目的波形，都能够在这上面找到Bug，甚至我可以预计下一个项目，我继续看波形，还是能够找到。

以我自己设计的L2 Cache为例，一个多年验证经验的老员工负责验证的，至今已经在多个项目中量产，还是在最近检查波形的时候发现有一个文件wire声明时把信号名写错了，悬空了（因为该信号是input，隐含了wire声明，所以不影响功能）。

OK，X和Z，一定会存在，第一时间找到它，可以节省非常多的验证定位时间，否则追波形半天发现是X，真是浪费青春。X和Z，所对应的Bug，可能有如下几种：

1、IP（包括Memory、PLL、Serdes等等）例化时，某些信号悬空未接。也许某些模型允许Power信号悬空，或者某些信号是悬空给DFT处理（当下给DFT处理的信号是接零），但大多数IP，输入信号是不可悬空的；

2、信号位宽不匹配、信号多驱动、声明的信号名称写错、TB级互联错误或TB中遗漏的Force（额外小心隐藏的Force），不要相信nLint，特别是在芯片顶层或

3、后仿真时序不满足时的X态传递；

4、功能错误，某些模拟IP未能正确操作；

5、功能错误，导致管脚冲突；

6、功能错误，未能合理使用无复位端的寄存器和未初始化的Memory。

再看时钟。

很多验证人员不看时钟。经过我反复的证明，这是一个非常普遍的现象（经常在项目验证后期协助定位时钟不对齐导致的环境问题）。只要TC能够打印Pass，很多验证人员不关心时钟是否有问题（甚至很多新验证人员，根本不明白∆ Delay的概念）。大多数情况下，时钟不会有问题？No，大多数情况下，系统验证，时钟都有问题。

记得以前在一个项目中推动CRG设计定义了一个规范，时钟分频寄存器，延迟0.2ns，其他寄存器，延迟0.3ns，分频的原时钟，在输出前延迟0.2ns对齐，不知道看到本文的，数字平台部的验证人员，有多少能明白其中的用意?不解释，不明白的请自行蹲墙角反省。

再想起一个以前海思的设计规范，要求寄存器赋值，不可加延迟，也是让人在风中凌乱啊。下面这个逻辑，寄存器赋值没有延迟，仿真能正常工作否？答案是可以！如果上帝比较仁慈，或者验证人员对仿真器的always执行顺序无限了解。

always@(posedge clkx2)          clk <= ~clk;

always@(posedge clkx2)          b<= a;

always@(posedge clk)     if(clken) c <= b;

所以，在看完X和Z后，要将所有时钟拉到波形中Check，看是否所有同步时钟（包括1：N倍频）的时钟沿是否严格对齐，CLKEN时钟能够正确将倍频时钟上升沿罩住，关键地方寄存器赋值是否有Delay（如果时钟间不存在∆ Delay，寄存器赋值可以没有Delay）。

OK，上面两种情况说完，我们进入正题，怎样看波形。

如何在一个看似无限复杂的挂死波形中定位根因？

如何在后仿波形中发现可能的问题？

如何在表面上没有问题的波形中发现问题？

面对波形，首先要端正心态，不要认为看波形是浪费时间，也不要因为一时无法发现其中的问题而焦虑烦躁，更不要盲目乐观，认为已经没有任何问题。要执着、坚定，充满勇气。

先不要看波形，对，先不要看，这是我很重要的经验之一。要先思考，我的做法是对照架构图，虚拟一个芯片运转的场景，即在脑海中想像一下当前这个激励下，波形应当是怎样运作的，激励怎样进入系统，然后怎样完成协议解析和转换，怎样到达了总线，然后出现DDR的吞吐，然后CPU取指、取数，完成处理。

OK，也就是说，先要在心中预留一个完美的Scenario。心中有了虚构的波形后，再使用Verdi打开波形。抓关键信号，分组，标识不同颜色，这些奇技淫巧应该不用多说，很多兄弟都比我这个验证原旨主义者来得厉害。只是需要说明的是，抓多少信号，怎样分组，很需要斟酌。其实原则只有一个，让尽可能精炼的信号在一屏内显示，这和代码的精简是一个道理。信号除了按功能分类，还要按信息量分权重。所以还是要说，很多验证人员，用着花哨的手指技法，一屏一屏的信号抓，刷刷几屏下来，跟瀑布一样，很是壮观，往往Group的数量比我总共抓的波形数量还要多。操，看个AXI总线，把arlock信号和arvalid信号一起抓出来，除了催眠看波形的人之外，有其他意思吗？以AMBA总线为例，APB先看PADDR、PSEL、PENABLE，AHB先看HADDR、HTRANS、HREADY，AXI先看各个通道ADDR、VALID、READY，如果这些信号不能说明问题，再逐步增加辅助信号观察，尽量保证在一屏中显示所有有效信号，如果信号太多，宁可删除部分。

然后，将展开的波形和脑海中已有的场景进行对照，看数据流是否按照脑海中预期的构想而流动。一般来说，实际波形和预想都不太能够对上，最开始的大多数情况下，波形是正确的，而脑海中的预想存在不足，这主要是因为我自己对架构的细节理解还不充分，对某些特殊逻辑处理方式不熟悉，或者某些逻辑相互连接后新增的耦合关系不了解等等原因导致。而这个时候，在我看来，也正是一个最好的时机，来进一步熟悉和理解芯片真实运转流程，弥补自己对系统结构、互联设计中各个细节的理解不足。在对细节的进一步理解和澄清的过程中，我会逐步修正心中虚构的波形，使其逐渐接近真实的运作。当然，在修正过程中，会出现某些确实表现异常的波形，一些明显出乎设计预期的时序出现。OK，这是一个岔路口，先记录*.rc波形现场，然后对该出乎意料的时序进行进一步深入追溯。正如前面所述，我常常在已经Pass的波形（或后仿波形）中发现Bug，通常都是从这样的岔路口开始的。也许这个岔路口最终证明逻辑没有问题，还是细节理解不足导致，但也许就是一个芯片难以发现的致命缺陷。

看到这里，也许有同志会问，挂死的波形呢？怎么还没追挂死的点呢？Yes，就是还没开始，无论是挂死的波形，Fail的波形，还是Pass的波形，在其实际波形和我大脑中虚构的波形没有完全吻合之前，我是不会开始定位问题的。这简直是浪费时间？嗯，在最开始定位的阶段确实如此，但在验证进入中后期之后，正常的波形和我虚构的波形已经调频到一个波段了。和波形到手，从前到后一扫，寻找那些地方异常，然后，半小时发现问题，并不困难。当然，还是要说，我的经验，是不适合那些平时就只看Log，忽视波形的人的。

最后，我还是共享一些我定位复杂挂死波形的根因的经验。起点，定位挂死的起点在那里？或者说，从那里开始追？很多同志认为寻找一个合适的起点很重要，或者说最好直接就找到引发挂死的点。我说，No！！找到直接引发挂死的点，或者和该点直接相关的起点，是很困难的，我不做这种类似分析双色球中奖率的事情，任何挂死的波形，第一时间能够获得的信息，都是表象。我会将任意一个被阻塞的操作作为起点，开始我溯溪的旅途（请确信，无论那个溪流，最终都会汇到唯一的源头）。如有可能，用笔在沿途做下记号，保证在偏离方向的时候能够返回。溯溪的路途有艰辛、险阻，我看过太多的兄弟在中途放弃，或另寻他路，而有时候，他离最终的源头，仅一步之遥，所以，最后一个建议，请保持一颗坚定和勇敢的心。

最最后，再补充一点后仿定位的思路，供参考。

1、还是先关注时钟，每一个模块，clk和clken相位是否正确（PR有时会对时钟取反，需要注意）；

2、关注有门控功能的时钟和复位，确认是否存在毛刺；

3、把Top层所有管脚和oen、I、C信号抓出来。除掉红色黄色，观察有特殊变化的oen、i、c信号,尤其是和管脚值不符的,还有毛刺；

4、观察所有异步接口的时序，基本上都会发现毛刺。例如EBI、Efuse，确认毛刺是否影响功能；

5、观察顶层或Subsys独立处理的信号，特别针对还不够成熟的集成人员的特殊设计，例如testmode、rst_out、系统控制器特殊的配置和检测信号；

6、关注跨团队的模块，例如功能可控的Memory BIST；

7、以上所有这些,MAX和MIN会有不同，要仿真Typical时序，并且确认以上的内容；

8、后仿的波形，需要结合Log中的Warning一起Check。