【原创】testcase一定要有实际意义?

最近和做无线基带芯片验证的一个朋友讨论比较多，他提的一些问题让我有点头疼，虽然很多我曾经遇到过，并且自认为已经解决的。我现在不得不重新思考，而且要思考得更深入一些，因为现在不止是要自己理解，还要让他，以及他的team里的算法工程师、设计工程师认可。确实是个很好的锻炼。

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朋友的设计简单说就是无线基带常见的操作，包括相关、累加、峰值搜索等，我曾经建议他多使用随机数作为激励，再辅以特殊的testcase，对相关器饱和、截位等操作进行验证。在芯片输入端用随机数作为激励的好处是，覆盖比较全面，数据的产生也比较容易（即便没有specman和vera，只用HDL语言也是如此）。在自检查testbench(self-checking testbench)中，激励通过施加在DUT(待测芯片)和RM(reference model,参考模型)上，通过编写自动比较代码，可以验证各种数据激励下，DUT的行为是否正确。另外再加上特殊的testcase对饱和、截位等情况进行验证的原因在于，完全随机的验证可能很难击中（hit）某些情况，例如对于相关器，只有相关上了，才会输出一个较大的数值，如果后面有截位电路，此时截位电路才会动作，而完全随机的验证，相关上的可能性几乎为0，因此需要针对性的验证。其实，两者之和相当于约束随机验证（constaints driven verification），这是用specman和VERA的工程师必定会使用的方法。EDA中国门户网站:l,T1w3o.h3@ fc5L^

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朋友提到，系统工程师说用完全随机的12位有符号数作为激励，因为这样的激励不满足特定的相位和幅值关系，那么不就成了完全的噪声信号么？这么做有什么实际意义呢？  当时我不知道怎么解释才有说服力，不知道怎么回答。EDA中国门户网站&A
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我也曾经被别人问过这个问题，要对方理解确实不容易。如果那位系统工程师把我们的验证策略理解为“只用随机数进行验证，不能完全说明问题”，我是赞成的。但是如果他的意思是“所有testcase都应该是有实际意义的”，我就不完全同意了。

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验证的对象常常可以分为控制流为主的设计，和数据流为主的设计，前者包括UART/I2C/PCI/DMA Controller等，后者主要是无线基带、图像、语音处理等，两者的验证思路有较大的不同。控制流为主的设计要实现全面的随机验证是比较困难的，因为涉及很多的控制信号，时序上需要协调的事情也很多，因此可能需要结合芯片真实工作情况，加以分类，然后对各子类进行模拟和随机验证。数据流的验证相对容易一些，主要是输入数据的不同，工作状态是基本一样的，验证时，在不同工作模式下，输入尽可能多的随机数就可以实现数据通道的验证。举个极端的例子，假设我们要验证一个乘法器，那么最简单的做法就是输入随机数，然后检查输出结果是否正确，跑上足够多的数据之后，再加上边界情况的测试（例如0×0等），就可以判断设计是否正确，也不需要过多的关注输入数据的实际意义。EDA中国门户网站jC6|HrZ,^

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假设我们要验证一个FIR低通滤波器，大家都知道FIR滤波器内部主要是乘法和加法电路，假设这个电路是RTL工程师根据算法工程师给出的定点算法“翻译”后设计出来的，那么我们怎样验证这个电路呢？简单来说，第一个方法是输入带噪声的数据，然后对输出结果做频谱分析，看看噪声是否被滤除了；第二个方法是输入随机数到DUT和参考模型RM（当然RM要通过某种方式和定点算法链路进行校准，保证两者的一致性），然后比较两者输出的每个bit是否一致，重复足够多次。如果二选一，我会选后者。前者固然有直观性，但是如果其中有几个数据错了，从频谱上是看不出来的。因此，很多时候有实际意义的数据对于提高了判断正确性的难度。

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对于图像处理，用一幅带有噪声点的图像作为输入，然后观察处理结果，或者对无线基带芯片，用在某具体位置有径，然后看看芯片能否找出该位置的径，这种验证方法可以作为辅助手段，用于增加信心，但是不能说明设计的正确性，除非构建足够多的这种有实际意义的数据，这个工作量往往大得惊人。而且，这样大的工作应该在算法仿真平台已经做过，功能验证平台来做这个事情，一个是速度慢，第二是重复劳动。数据通道为主的设计，我觉得要以随机验证为主，思路是，定点算法保证性能，功能验证保证RTL代码功能和定点算法链路一致，最后通过FPGA测试或样片测试检验性能。