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学习一下simulation 仿真中的x态仿真

吹爆大气球 2024-03-01 原文

X态Verilog行为

在RTL电路仿真中X态表示高低电平不确定的不定态，前仿产生x态的原因：

  1. 四态逻辑的初始值为x态，且在复位时没有将其复位掉。
  2. 数组取值时index越界。
    …
    在verilog中规定了一系列x态与其他值（0、1、x、z）的逻辑运算结果，通常X具有较高的优先级，因此一旦出现了X态，如果没有做好逻辑保护的话，以X态信号作为输入信号的逻辑就会继续运算出x态，从而导致X态在整个电路中扩散。

X态与0/1/x/z的运算结果如下：

这只是基本的，其他逻辑：

reg sel;
reg [1:0] a,b,d;
reg [1:0] out1, out2, out3, out4, out5;
``````cpp
always@(*) begin
  if(sel)
    out1 = a;
  else 
    out1 = b;
end
always@(*) begin
  out2 = (sel) ? a : b ;
end
always@(*) begin
  case(sel)
    1'b0: out3 = a;
    1'b1: out3 = b;
  endcase
end
always@(*) begin
  case(sel)
    1'b0: out4 = a;
    1'b1: out4 = b;
    default: out4 = 2'b00;
  endcase
end
always@(posedge clk_x)begin
  out5 <= c;
end

可以看到Verilog behavior中:

  1. if(sel) a else b 逻辑： 如果sel为x态，选择的都是else 分支
  2. out = (sel)? a:b 逻辑：如果sel为x态，a,b 值不一致是会产生x态。
  3. case逻辑没有default: 如果sel为x态，则相当于没有选中任何逻辑，out 保持不变
  4. case逻辑带有default：如果sel为x态，选择default
  5. 最后的打拍逻辑，如果时钟sel为x态，在0->x, 1->x, x->0, x->1中，0->x，x->1， 会被视为上升沿
    ==以上的行为实际上不符合实际的电路行为， 其中一些逻辑中不一定会导致x态的传播，前仿不一定能发现这个问题，可能导致bug遗漏到后仿阶段。==因此EDA前仿工具中引入了XPROP工具， 当然Formal 工具也有XPROP的RAK可以发现这个问题。

两种X态模型

在介绍XPROP工具前，首先引入了2种X态模型，X-Optimism和X-Pessimism。

  • X-Optimism ： 乐观模型，模拟在RTL仿真中，如果逻辑的输出结果未知则会被解析为X值。
  • X-Pessimism: 悲观模型，在gate-level仿真中，如果逻辑的输入中包含了X，那么输出结果会被解析为X，哪怕结果是确定的。
    举个离子：
    if(sel) out= a; else out = b;
    真值表:
selabout(Verlog)out (乐观)out(悲观)
x0000x
x011xx
x100xx
x1111x

可以看到真值表中，当a != b时 X-Optimism 会将仿真变为X态，而在X-Pessimism中所有的结果都为X态，哪怕结果是固定。

在Cadence工具中引入了2个对应的mode, 非常形象的
FOX mode --> Focus only X
CAT mode --> Compute as Ternary
VCS也有同样的对应，

X-modeCadenceVCS
Verilog行为Deafultvmerge
X-OptimismCATtmerge
X-PessimismFOXvmerge

直接看不同的XPROP下对应的不同波形
Cat mode下

FOX mode下

对比三种模式下的真值表

可以看到FOX模式下所有的输出值由于X态参与了逻辑，而全部输出了X态。而CAT模式下，只有在输出结果不确定的情况下才会输出X态。

数组的扩展

另外对于XPROP，除了逻辑上的X态扩散检查，对于数组的index越界的检查也是非常有效的。
考虑以下的场景：
一个深度为6‘d50的数组，期望读index=6’d20, 如果硬件电路设计错误的读了index=6’d60，那么rdata会被返回X态，但如果写了index=’d60的。那么写操作则不会生效，默认情况下将不会有任何行为，再次读index=6‘h20时，将会读到上次的值，如果不作回读，那么这个问题将会被漏掉。
XPROP支持：

  1. 如果写数组的index中包含X,Z，或者越界，工具将所有数组的值全部改写为X值。
  2. 读操作的index中包含X，Z，或者越界，工具不会改变行为，依然是X态，但数组的值不会被改写。
    ==Xcelium中需要定义额外的参数来打开这部分检查，而不是-xprop F/C就可以 ==

注意事项

XPROP在前仿的作用是便于验证工程师在更早的阶段找到bug，将原本只能在gate-level才会发现的问题提前到rtl仿真，更早的释放风险。但这并不表示使能XPROP后发现的行为都是bug，因为有些电路设计做了保护，尤其某些第三方IP，需要验证和设计工程师一起去定位，确认。
对于确认后不是问题的电路设计，可以使用 XRPOP自带的脚本功能来控制XPROP的范围，可以对不同的模块施加不同的XPROP 模式

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