FPGA形式化验证工具OneSpin360学习笔记（一）

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OneSpin360图形界面

一致性检查举例

等价性检查举例

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Onespin是领先的EDA解决方案提供商，其360系列产品为FPGA形式化验证工具。它以强大、高性能的形式化验证引擎为基础，能够覆盖自动设计分析到高级属性检查以及逻辑等效性验证，帮助构建功能正确，安全，可靠、可信赖的系统。

本文基于OneSpin 360版本 2020的学习笔记

OneSpin360图形界面

OneSpin360读入了设计后，它的图形界面如图1所示。图中三个数字标红的圈圈是OneSpin360提供给用户的主要功能。用户可以方便的通过这些按钮去实现其功能。其中标红圈圈1中，主要是用于用户执行设计设置 (Design Setup)：

• 读入设计(Reading in the design :VHDL button for VHDL files, V button for Verilog files)
• 详细阐述设计(Elaborate the design : E button)
• 编译设计(Compile the design : C button)
• 指定时钟信号和复位时序(Specify clock pins and reset sequence)

图1 OneSpin360 图形界面

在design setup 结束后，用户可以切换到三种模式，CC、MV和EC. 此后，先前组成setup模式的按钮将会被隐藏并显示当前模式的按钮。如图2中显示的是setup模式，从左到右的按钮的功能依次是读入VHDL文件、读入Verilog文件、设计详细阐述(elaborating the design)、编译(Compiling)、设计和端口(pin the port ,only EC mode)。右边三个是模式选择。

图2 setup 模式

红色圈圈2是shell/message/progress 窗口,每个功能的输出信息都会显示在这里。命令在shell 窗口输入红色圈圈3功能如下：

• Hiding the shell -隐藏shell 窗口，进入GUI 模式
• Hid the GUI – 隐藏GUI, 进入shell 交互界面
• Interrupting the execution of a running command - 中断操作命令
• Calling the help browser – 调用帮助手册

OneSpin 提供了非常强大的帮助命令，这很方便用户很快的查找命令和掌握该工具，很大的方便了验证师，节省了验证时间。那么如何获得帮助呢? 除了在GUI界面下直接点击help-browser外，用户可直接在OneSpin shell区中输入命令“help”。Help命令可以获得对一个命令的详细语法描述。例如，以下命令都可以获得read_verilog命令的语法描述：

Setup> help read_verilog

Setup> help *verilog*

除help命令以外，OneSpin shell也支持使用Tab键自动匹配(Tab-completion)命令。当用户输入了命令的前几个字母，再按下Tab键，如果输入的前几个字母在命令中是唯一的，shell就可以自动输入该命令；如果不唯一，shell就会列出所有匹配的命令，用户可以通过上下键自由选择，例如（图3）：

setup>read_

Tab-completion的功能不光适合于命令匹配，在命令的选项(option)和文件名的匹配上同样适用。

用户要退出OneSpin时，可以在shell中输入：exit．如果用户没有保存数据库(database)，oneSpin就会弹出对话框，提示是否保存数据库。

图3 Tab 键自动匹配命令

一致性检查举例

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在这里用一个小例子来说明如何用OneSpin来执行一致性检查（consistency checking）.

• 步骤1：随便找一个vhdl 或者verilog 文件，我这里是这一个VHDL文件包含了整个设计文件。
• 步骤2：Read the Design

 在shell 窗口使用以下命令读入设计文件,-version 93是指定VHDL标准

Setup > read_vhdl -cell   -version 93 arbiter.vhd

也可以在GUI界面，点击setup 目录下的VHDL,其中version可以选择VHDL的标准。点击文件后Read & close 就可以，会在shell 窗口提示读成功

• 步骤3：Elaboration and Compilation

在读入全部的VHDL 和Verilog 文件 之后，必须对设计座elaboration,在shell 窗口输入：

Setup > elaborate

对于时钟，复位以及一些黑盒或者其他不关心的设计，用户可能通过一些特别说明来阐述。这个后面再讲。详细设计阐述后就可以compile 了，这个命令会产生一些单元的内部描述，见图4。

Setup > compile

图4完成编译后的OneSpin界面

• 步骤4：set mode to CC

OneSpin有三种可选的模式，在CC(consistency checking)模式和 MV (module Verification)模式下都可实现一致性检查(consistency checking)。这种重复是因为一致性检查是非常有用的。而且便于用户集中注意力在等价性检查(equivalence checking)，而不需要360MV许可证(License)。所以非常值得推荐。

为了进入一致性检查，可在shell窗口中输入下面的命令：

Setup > set_mode cc

Tips: 该命令会将命令提示符从” setup”转变到”cc”，如图5所示。

图5 CC 工作模式

• 步骤5：一致性检查 consistency checking with model building assertions,在CC模式，执行命令check_consistency：

CC > check_consistency

许多的基本检查会被自动执行。这些检查都是基于设计中插入的一些断言实现的。在工程应用中，该功能一般很少用到。所以这里不做详述。执行完一致性检查后，便可以开始执行模块验证(module verification)或者特征检查(property checking)。这个后面再说。一致性检查结果会再shell 窗口打印如图6

图6 一致性检查打印结果

一致性检查包含了signal domain checks 、init checks、fsm checks、dead code checks、stick checks; 如果只需要对其中某一项进行检查可以使用命令（如init checks）：check_consistency  -category { init } 除此之外，还可以再GUI界面操作，如图7所示，check ALL Visible 就是检查所有可见的条目，另外通过explain Check可以查看本条检查的规则。Explore Selected Auto Check 可以定位到这条检查在设计中的位置。

图7 GUI界面手动检查

等价性检查举例

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这部分主要举例说明如何用OneSpin执行等价性检查(equivalence checking)。等价性检查主要是检查两个门级网表(gate-level netlist)之间是否一致或者RTL级与门级网表级是否一致以及两个RTL描述是否一致。在此，将以前一部分提及例子的VHDL设计作为对比举例。

1.Read the two design

在OneSpin中，被比较的两部分设计被冠以象征性的名字‘‘golden”和“revised”。通常，假设gold design是正确的，把revised design 和golden design 进行对比。为了强制某一命令工作在golden design 或者revised design上，必须指定相应的选项-golden或者-revised。如果投有指定这些选项，系统将默认当前的设计是golden design, 命令也将会工作在当前的设计。通过命令读入两个VHDL 文件

Setup > read_vhdl -golden arbiter.vhd

Setup > read_vhdl -revised arbiter_new.vhd

读如上述两个文件后的OneSpin界面如图8所示：

图8 读入两个文件后的OneSpin界面

2.Elaboration and Compilation

在读入设计文件之后，必须要做elaboration和compile.

Setup > elaborate -both

Setup > compile -both

编译成功后，OneSpin 会产生两个设计（golden 和 revised）的内部描述（internal representation : unit model）

图 9 Elaborate 和Compile之后界面

3.Set Mode to cc

成功编译后，就可以进行等价性检查了（equivalence checking）,在shell 窗口输入命令:

Setup > set_mode ec

4. Map Pins and States

设计的对比以golden design 和 revised design 的输入、输出和状态的映射（mapping）为基础。它们的映射关系通过map 命令建立起来，完成映射后的OneSpin界面如图10所示：

ec > map

图10 EC 模式下map 之后的OneSpin 界面

5. Compare the two design

在建立了映射（mapping）之后就可以对两个设计进行对比了，在ec 模式下上输入命令

ec > compare

该命令会将所有的映射的输入和状态(compare point)，并且输出的结果概述。对于那些行为不同的对比点，将会产生一个反例。图11为OneSpin 完成对比之后的界面。

图11 完成比较之后输出信息

6．Debug Differences

对于每一个失败的状态，都可以通过GUI中双击各自的状态得到一个反例，此外，GUI还会显示失败的fanin view.这些信息有利于调试。

7.Fix bugs

可以通过edit_file 命令还编辑有bug的文件，需要注意的是在文件修改之后，revised design 必须要重新读入，编译，映射对比。