VCS入门教程(三)

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一、前言

本文主要介绍使用VCS查看verilog代码覆盖率的相关问题。

二、代码覆盖率

1.在进行功能验证时，给设计添加激励信号，查看仿真结果，需要考虑覆盖率的问题。覆盖率分为代码覆盖率（code coverage）和功能覆盖率（function coverage）。功能覆盖率就是检查设计的功能是否完善，需要考虑很多不同的情况，是使用System verilog的重点内容。代码覆盖率是检查代码是否存在冗余，检查所有的代码是否都已经执行，状态机所有的状态是否都有到达，检查 if else 和 case 条件语句的条件是否都有使用。防止一些不必要的代码浪费芯片面积，毕竟面积就意味着钱。我们这里只讨论代码覆盖率。

对于我们写的RTL代码，通常考虑以下覆盖率：

Line coverage ：行覆盖率，检查语句是否被执行。

Toggle coverage：检查电路的每个节点是否都有 0 -> 1 和 1 -> 0 的跳变。这种检查通常会使仿真变慢很多。

conditional coverage：检查条件语句是否覆盖了所有的情况。比如有时写了if 语句，没有写else语句。

FSM coverage: 状态机覆盖率，检查状态机所有的状态是否都到达过。

path coverage：在always语句块和initial语句块中，有时会使用 if ... else 和 case 语句，在电路结构上便会产生一系列的数据路径。检查这些路径的覆盖情况。

2.VCS在统计代码覆盖率的过程中，我们通常在编译和仿真命令上添加对应的开关选项，生成一个 .vdb文件记录覆盖率的情况。再使用dve打开该文件查看。下面介绍一些选项。

-cm <coveragetype> ：打开对应类型的覆盖率，例如 -cm cond+tgl+lin+fsm+path为统计上述所有覆盖率。可根据需要增减。

-cm_name：设置记录有覆盖率信息文件的名字。

-cm_dir：指定生成文件的目录。

以上三个选项编译仿真过程都要加上。下面的选项在编译过程加上。

-cm_log + filename.log：.log文件记录仿真过程中统计覆盖率的信息。用的比较少。

-cm_nocasedef: 在统计case语句的条件覆盖率时，不考虑default条件未达到的情况。

-cm_hier vcs_cov.cfg：通过.cfg文件（名字随便取）选择要查看覆盖率的模块/文件。

图 1

“+”代表查看，“-”代表不查看。tree代表查看某个模块调用的子模块。

在文件内部，可以使用特殊注释来打开和关闭代码覆盖率的统计:

//VCS coverage on 统计代码覆盖率

.......

//VCS coverage off 不统计代码覆盖率

在上述注释之间的内容，统计覆盖率。其余地方不统计。

3.

修改VCS入门教程(二)中的makefile，新增统计代码覆盖率的内容

.PHONY:com sim debug cov clean

OUTPUT = cov_test
ALL_DEFINE = +define+DUMP_VPD

#code coverage command
CM = -cm line+cond+fsm+branch+tgl
CM_NAME = -cm_name ${OUTPUT}
CM_DIR = -cm_dir ./${OUTPUT}.vdb


VPD_NAME = +vpdfile+${OUTPUT}.vpd

VCS = vcs -sverilog +v2k -timescale=1ns/1ns     \
	  -o ${OUTPUT}				\
	  -l compile.log			\
	  ${VPD_NAME}				\
	  ${ALL_DEFINE}				\
	  ${CM}					\
	  ${CM_NAME}				\
	  ${CM_DIR}				\
	  -debug_pp 				\
	  -Mupdate

SIM = ./${OUTPUT} ${VPD_NAME} 			\
	  ${CM}					\
	  ${CM_NAME}				\
	  ${CM_DIR}				\
      -l ${OUTPUT}.log

com:
	${VCS} -f filelist.f

sim:
	${SIM}

#show the coverage
cov:
	dve -covdir *.vdb &

debug:
	dve -vpd ${OUTPUT}.vpd &
	
clean:
	rm -rf ./csrc *.daidir *.log simv* *.key *.vpd ./DVEfiles ${OUTPUT} *.vdb

三、示例

设计一个选择器

图 2

在测试激励中，故意使 a = 1'b1 b = 1'b1 c = 1'b0 的情况不出现。使其覆盖率发生遗漏。

图 3

设计一个状态机

图 4

状态机存在 2'd0 -> 2'd1 的跳变，而 2'd1 -> 2'd0 的跳变没有发生过。

使用 make com 编译，make sim 仿真，make cov 查看代码覆盖率。make cov运行之后，dve界面打开的如下

图 5

单击箭头1处加号，再双击箭头2处的U1，查看设计的代码覆盖率。

图 6

行覆盖率，第25行未执行过。

图 7

Toggle coverage：大量节点都没有 0 -> 1 和 1 -> 0 两种跳变

图 8

FSM coverage ：2'd1 -> 2'd0 的转换没有发生过。

condition 和 Branch(Path) 的覆盖率可自行查看。

四、结束语

本文主要介绍代码覆盖率的内容，对测试完整性来讲较为重要，通过一个小例子讲述了整个流程，具体使用时还要具体问题具体分析。