一种用于芯片保护功能的验证方法及验证系统与流程

本发明涉及集成电路验证，特别涉及一种用于芯片保护功能的验证方法及验证系统。

背景技术：

1、在交换芯片、路由芯片及承载网芯片中，保护功能（如线性保护、环网保护、快速重路由、tsn芯片frer冗余合并等）是保障业务可靠性的核心机制。该功能需要在链路拥塞、丢包或物理层失效时，在规定时间内完成主备路径切换或冗余成员流切换。

2、而现有的芯片验证方法中，通常采用以下方式产生保护触发条件：

3、（1）静态脚本注入：通过外部脚本固定发送特定数量的错误包或切断链路信号，无法模拟动态变化的网络拥塞状态。

4、（2）独立激励模块：使用单独的干扰发生器（noise generator）制造拥塞，但该模块与被测保护模块之间缺乏反馈闭环，难以精确控制拥塞的持续时间。

5、（3）基于队列深度的判决：在rtl内部通过监控队列深度（queue depth）来判断拥塞，但这属于待测设计（dut）内部逻辑，无法直接复用在事务级（transaction level）验证环境中。

6、现有技术中，虽然存在利用令牌桶（token bucket）或流量整形器（shaper）构造验证激励的方案，但其目的仅在于限制发送速率或模拟单一流量模型，并未将shaper作为保护机制的抽象模型，也未利用shaper的内部状态作为拥塞判决依据来闭环控制验证激励的生成与停止。此外，简单的单阈值触发容易导致在阈值附近的抖动，造成激励频繁翻转，影响验证稳定性。

7、在tsn芯片领域，ieee 802.1cb frer（frame replication and elimination forreliability）通过多成员流冗余传输保障可靠性，ieee 802.1as提供时间同步保护。现有tsn验证方法通常分别验证各协议独立功能，缺乏将冗余保护需求统一抽象为可量化模型并进行闭环激励控制的方法。

8、综上，本发明旨在解决现有芯片保护功能验证中存在的以下技术问题：

9、（1）激励生成与拥塞状态脱节：现有方法无法根据实时网络拥塞程度动态启停验证激励。

10、（2）缺乏闭环控制：验证激励的启停依赖人工脚本或固定时序，无法根据dut保护模块的实时响应自适应调整。

11、（3）临界抖动：单阈值判决在拥塞边界导致激励频繁翻转。

12、（4）保护机制缺乏统一抽象：不同芯片类型（交换芯片aps、tsn芯片frer 等）的保护属性各异，缺少一种通用的建模方法将其映射为可计算的验证参数。

13、故此，本发明亟需提出一种用于芯片保护功能的验证方法及验证系统以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于芯片保护功能的验证方法及验证系统及结构及结构，以解决现有验证技术中激励生成与拥塞状态脱节、易在临界状态抖动的问题，显著提升了交换芯片aps及tsn芯片frer等保护功能验证的真实性与稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于芯片保护功能的验证方法，包括：

3、通过在验证平台中构建流量整形器shaper模型，以将待验证的保护功能属性映射为所述shaper模型的配置参数；其中所述保护功能属性作为描述芯片保护倒换需求的可量化特征；

4、通过将所述shaper模型接入待测芯片dut的保护模块输入端，以使所述shaper模型实现背景流量发送与拥塞状态检测的双重功能；

5、通过检测所述shaper模型的信用值，并设定高阈值th_high和低阈值th_low；

6、当所述信用值低于所述低阈值th_low时，则判定网络拥塞成立，以自动产生针对所述保护功能的验证激励信号；

7、当所述信用值回升至高于所述高阈值th_high时，则判定网络拥塞解除，以停止产生所述验证激励信号；

8、通过采集所述待测芯片dut在所述验证激励信号作用下的保护倒换行为数据，并与预设的预期响应进行比对，以完成验证。

9、优选的，所述高阈值th_high与所述低阈值th_low之间形成有迟滞窗口；当所述信用值处于所述迟滞窗口的区间时，通过保持所述验证激励信号当前的启停状态，以防止在阈值附近因流量波动导致所述验证激励信号频繁翻转。

10、优选的，所述验证激励信号包括注入错误帧、拉低链路有效信号、增加传输时延、关闭成员流对应的并行子shaper填桶和注入序列号跳变中的至少一种。

11、优选的，当所述保护功能为以太网交换芯片的自动保护切换aps功能时：

12、所述保护功能属性包括保护等级、最大容忍倒换时延t_max、允许最大丢包率p_loss、链路带宽link_bw和突发容忍度burst；

13、所述配置参数包括整形速率cir、承诺突发尺寸cbs、信用下限阈值credit_min和峰值速率pir；

14、其中，所述映射的规则为：

15、根据所述保护等级映射所述整形速率cir；其中高保护等级对应大比值cir/pir和宽迟滞；

16、根据所述最大容忍倒换时延t_max映射所述承诺突发尺寸cbs；

17、根据所述允许最大丢包率p_loss映射所述信用下限阈值credit_min；

18、根据所述链路带宽link_bw映射所述峰值速率pir；

19、所述验证激励信号通过通用验证方法学驱动模块uvm_driver注入错误帧或拉低链路有效信号，用于模拟链路异常以触发所述待测芯片dut进行主备路径切换。

20、优选的，当所述保护功能为时间敏感网络tsn芯片的帧复制与消除frer功能时：

21、所述保护功能属性包括frer序列丢失容忍窗口w_seq、成员流数量n、路径偏差上限δt、同步容限和流优先级；

22、所述shaper模型包括多个并行子shaper，各所述并行子shaper分别对应一条成员流，所述并行子shaper数量等于所述成员流数量n；

23、所述配置参数包括子shaper初始信用值credit_init、并行子shaper数量、子shaper间速率差δrate、时间感知门控偏移量offset和子shaper调度权重；

24、其中，所述映射的规则为：

25、根据所述frer序列丢失容忍窗口w_seq映射为所述子shaper初始信用值credit_init；

26、根据所述路径偏差上限δt映射为所述子shaper间速率差δrate；

27、根据所述同步容限映射为所述时间感知门控偏移量offset；

28、根据所述流优先级映射为所述子shaper调度权重；其中高优先级流对应大权重和高整形速率cir；

29、所述检测所述shaper模型的信用值，包括：检测各所述子shaper初始信用值credit_init，并计算各所述子shaper之间的信用差δcredit；当任一所述子shaper初始信用值credit_init低于所述低阈值th_low、或所述信用差δcredit超过预设差值阈值时，则判定所述成员流异常，以产生针对所述成员流的所述验证激励信号；所述验证激励信号包括关闭所述成员流对应的子shaper填桶或注入序列号跳变。

30、优选的，所述验证平台为基于通用验证方法学uvm的事务级验证环境，所述shaper模型以事务级模型方式实现，并通过通用验证方法学驱动模块uvm_driver与所述待测芯片dut连接；所述信用值包括所述shaper模型中令牌池的可用令牌余量或可用发送配额。

31、本发明还提供了一种用于芯片保护功能的验证系统，执行上述所述的一种用于芯片保护功能的验证方法，包括：

32、建模单元，用于将待验证的保护功能属性映射为流量整形器shaper模型的配置参数；

33、shaper模型，与所述建模单元连接，基于所述shaper模型生成并发送背景流量至待测芯片dut，并具备拥塞状态检测的功能；

34、检测与判决模块，与所述shaper模型连接，用于检测所述shaper模型的信用值，并将所述信用值与预设的高阈值th_high和低阈值th_low进行比较以输出判决信号，所述判决信号用于控制激励控制单元的产生验证激励信号的启停状态；

35、激励控制单元，与所述检测与判决模块连接，用于配置为在所述信用值低于低阈值th_low时启动验证激励信号，在所述信用值高于高阈值th_high时停止验证激励信号，并在所述信用值处于低阈值th_low与高阈值th_high之间的迟滞窗口区间时保持当前启停状态；

36、校验模块，与所述待测芯片dut连接，用于采集所述待测芯片dut在所述验证激励信号作用下的保护倒换行为数据，并与预设的预期响应进行比对。

37、优选的，当所述保护功能为以太网交换芯片的自动保护切换aps功能时：

38、所述建模单元配置为：

39、根据保护等级映射整形速率cir；

40、根据最大容忍倒换时延t_max映射承诺突发尺寸cbs；

41、根据允许最大丢包率p_loss映射信用下限阈值credit_min；

42、根据链路带宽link_bw映射峰值速率pir；

43、所述激励控制单元配置为产生错误帧注入或链路有效信号拉低的验证激励信号。

44、优选的，当所述保护功能为时间敏感网络tsn芯片的帧复制与消除frer功能时：

45、所述建模单元配置为：

46、根据成员流数量n构建多个并行子shaper；

47、根据frer序列丢失容忍窗口w_seq映射子shaper初始信用值credit_init；

48、根据路径偏差上限δt映射子shaper间速率差δrate；

49、根据同步容限映射为时间感知门控偏移量offset；

50、根据流优先级映射为子shaper调度权重；

51、所述检测与判决模块还用于计算各所述子shaper之间的信用差δcredit，并在信用差δcredit超过预设差值阈值时判定成员流异常；

52、所述激励控制单元配置为产生关闭成员流对应的子shaper填桶或注入序列号跳变的验证激励信号。

53、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的一种用于芯片保护功能的验证方法。

54、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

55、1、本发明采用通用的统一模型：首次将保护机制抽象为shaper模型，使得验证环境能够量化模拟不同等级的保护需求（如黄金级/银级业务、tsn高优先级流/低优先级流），提高了验证场景的真实性。

56、2、本发明采用闭环控制：利用shaper自身的信用值作为反馈信号控制激励启停，实现了验证激励与网络拥塞状态的强关联，解决了传统开环验证无法模拟动态拥塞的问题。

57、3、本发明抗抖动性强：通过引入高低双阈值机制，形成了迟滞窗口（hysteresiswindow），有效避免了因流量波动导致在单阈值附近频繁开启/关闭激励的现象。

58、4、本发明多域适用：通过保护功能属性与shaper参数的映射表之间的映射，同一验证框架可同时覆盖交换芯片aps场景和tsn芯片frer/as场景，只需更换映射参数即可复用。

59、5、本发明复用性高：基于shaper的方法可在事务级（uvm/tlm）实现，无需依赖具体的rtl实现细节，便于在不同项目间移植。