15、RTL设计中的功能验证与仿真问题解析

RTL设计中的功能验证与仿真问题解析

1. RTL设计基础

在进行模块设计时，用户通常以RTL（寄存器传输级）的形式描述模块的功能。RTL代码随后会被合成，以实现具有相同功能的门级连接。在合成之前，设计师需要确保RTL代码确实实现了所需的功能。为此，设计师会进行大量的仿真，通过仿真可以了解对于给定的一组输入向量，模块会有怎样的响应。只有当设计师确定RTL代码能够实现所需功能时，才会将其送去进行合成及后续步骤。

使用RTL描述设计相较于使用逻辑门有两个主要优点：
- 更高的抽象层次 ：与提供门级连接相比，RTL能更轻松地描述设计。
- 更快的仿真速度 ：RTL仿真比相应的门级表示要快得多，因此功能验证也能更快完成。

2. 无歧义仿真的必要性

由于RTL代码必须确保实现所需功能，所以需要使用许多不同的向量集对其进行严格的仿真，以覆盖设备的所有功能。这些向量应涵盖各种情况，包括：
- 正常操作模式
- 特定的极端情况
- 错误/恢复处理等

当RTL代码只有一种可能的解释时，仿真结果是明确的。然而，有些RTL代码可能有多种解释。RTL设计师使用的仿真器会呈现出多种可能解释中的一种，设计师最终会对所呈现的功能感到满意。但问题是，在仿真过程中，仿真器所采用的解释可能与最终实现（合成）的结果不同。这样一来，即使通过仿真验证了设计功能，实际实现的设备也可能不会表现出相同的行为。

RTL代码的功能验证（通过仿真）是芯片设计中最基本和非常重要的方面，因此，编写的任何RTL代码在功能上都必须明确无误。