PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台

技术领域

本发明涉及网络系统技术领域，具体地，涉及一种PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台，尤其是一种PCIe总线10/100/1000Mbps网络接口卡的系统级验证平台。

背景技术

芯片被称为“工业粮食”，是制造业的核心技术，芯片产业也是非常重要的环节。当前，集成电路芯片的结构越来越复杂，单颗芯片内集成的逻辑门电路越来越多，芯片验证技术作为集成电路设计中至关重要的一环，需要伴随着芯片复杂度的提高而不断发展。集成电路设计及验证领域，我国的发展还相对落后。现有的传统基于Verilog的验证方法，验证效率低，重用性差，验证覆盖率难以提高，而且往往需要大量的人力物力，难以保证验证的准确性。而基于 System Verilog的UVM验证方法学引入了一个通用的验证平台，具有面向对象编程、动态线程和多线程通信、随机测试、功能及代码覆盖率自动收集等特性，将极大地提高芯片验证效率。

基于PCIe的以太网接口卡通常具有以太网接口、主机侧高速PCIe接口等高速复杂总线接口，而且各个接口所采用的特性通常与接口卡直接相关，各个接口之间必须协调配合才能保证网络接口卡的正常工作。因此，即使采用UVM验证方法学搭建验证平台也存在验证复杂度高、平台搭建困难等问题。当前，还未见相关系统级验证平台的发布，这无疑会严重制约以太网接口卡芯片的快速开发验证，阻碍芯片国产化的脚步。

由此，如何利用UVM验证方法学搭建基于PCIe的以太网接口卡的系统级验证平台并完成高覆盖率、高效率、高可重用性的验证是当前亟待需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台。

根据本发明提供的一种PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台，包括：PCIe UVC组件、GMAC UVC组件、scoreboard模块、checker组件、JTAG UVC组件以及待测设计DUT；

所述PCIe UVC组件连接所述待测设计DUT，所述PCIe UVC组件与所述待测设计DUT之间进行数据帧的传输；所述PCIe UVC组件与所述scoreboard模块连接，所述 PCIeUVC组件向所述scoreboard模块发送帧记录；

所述待测设计DUT连接所述GMAC UVC组件，所述待测设计DUT与所述GMAC UVC组件之间进行数据帧的传输；所述GMAC UVC组件连接所述scoreboard模块，所述GMAC UVC组件向所述scoreboard模块发送帧记录；

所述GMAC UVC组件连接所述checker组件，所述GMAC UVC组件与所述checker 组件之间进行数据帧的传输；所述checker组件连接scoreboard模块，所述checker组件向所述scoreboard模块发送帧记录；

外部发送测试sequence向所述PCIe UVC组件发送数据帧，外部接收测试sequence向所述GMAC UVC组件发送数据帧。

优选的，所述PCIe UVC组件包括第一Driver组件、第一Monitor组件、第一Sequencer组件及第一配置模块；

所述第一Driver组件完成PCIe事务到PCIe VIP底层读写的映射；

所述第一Monitor组件监控PCIe接口的数据通信，并通过TLM通信将检测到的数据发送给所述scoreboard模块的记分板进行数据对比；

所述第一Sequencer组件连接所述第一Driver组件和外部sequence；

所述第一配置模块用于配置所述PCIe UVC组件的配置信息。

优选的，所述GMAC UVC组件包括第二Driver组件、第二Monitor组件、第二Sequencer组件及第二配置模块；

所述第二Driver组件将GMII事务转换成GMII接口信号；

所述第二Monitor组件在网络接口端收发两路上同时检测接口信号的变化，自动识别数据帧的发送，并将数据帧识别出来后汇报给所述scoreboard模块的记分板；

所述第二Sequencer组件连接所述第二Driver组件和外部sequence。

优选的，所述第一配置模块的配置参数包括如下参数：

PCIe通道数、lane的memory基地址、通道lane的中断memory基地址、收发Ring 的基本信息以及发送确认回收的超时时长。

优选的，所述第一Driver组件内置发送TX Ring模块和接收RX Ring模块，实现收发Ring环。

优选的，所述TX Ring模块实现如下任务：

Init Task：执行Ring环的初始化，使Ring中各个entry的信息通过PCIe的存储器写任务MemWr_DW task写入待测设计DUT片内寄存器；

Enable Task：通知待测设计DUT启用发送Ring的发送操作；

Recycle Task：常驻无限循环task，负责读取待测设计DUT的Head寄存器更新，依次检测Ring环的Head更新后的每个entry所对应的特定位是否有被待测设计DUT写回表示发送完成；若特定位被更新，表示发送已完成，则将对应的事务层数据包发送给scoreboard模块的的记分板；同时标记该entry为空闲；

SendFrame Task：负责将事务层表示的数据帧封装成Ring环中的数据包，其中，数据帧的数据由软件通过PCIe VIP的后门访问Backdoor MemWr_dw task模拟写入主机内存；同时更新Ring环的Tail位置，使其指向下一个可用的空闲entry；基于发送机制，平台自动识别帧数据的第一位，当第一位为0时，平台将依序将数据帧放置到发送缓存中，不移动Ring环的Tail位置；当第一位为1时，平台将数据帧依序放置到缓存中后，将移动Ring环的Tail位置，通知硬件执行发送操作。

优选的，所述RX Ring模块实现如下任务：

Init Task：执行Ring环的初始化，使Ring中各个entry的信息通过PCIe的 MemWr_DW task写入待测设计DUT片内寄存器；

Enable Task：通知待测设计DUT启用接收Ring的接收操作；

Recycle Task：常驻无限循环task，负责读取待测设计DUT的Head寄存器更新，依次检测Ring环的head更新后的每个entry所对应的特定位是否有被待测设计DUT写回表示接收完成；若特定被更新，表示接收已完成，则将此entry所对应的接收数据帧内存，通过PCIe VIP的后门访问Backdoor MemRd_dw task全部读取后，封装成事务层数据包发送给scoreboard的记分板；同时标记该entry为空闲；向后移动tail，将空闲entry 设置为可接收状态。

优选的，所述第二配置模块的配置参数包括如下参数：

网络端口数、是否启用Reduce模式、是否启用自动协商、接口支持的速率、是否支持全双工模式及接口连接状态。

优选的，包括如下两个过程：

数据帧发送：通过所述PCIe UVC组件的内置接口调用PCIe VIP向所述待测设计DUT发送数据帧，同时向scoreboard模块的记分板发送帧记录；所述待测设计DUT完成处理以后，向所述GMAC UVC组件的GMAC接口发送数据帧，所述GMAC UVC组件中对应的GMAC UVC完成数据帧的接收，并通过一组校验和所述checker组件向最终的所述scoreboard模块的记分板发送数据帧记录；所述scoreboard模块的记分板接收到两端的帧记录后，进行数据一致性比较；

数据帧接收：数据帧通过测试sequence配置所述GMAC UVC组件的GMAC发送接收数据帧，GMAC向所述待测设计DUT的GMAC接口发送接收数据帧，同时，向所述scoreboard模块的记分板发送接收数据帧记录；所述待测设计DUT完成处理后，向所述PCIe VIP发送数据帧；所述PCIe VIP接收到数据帧后，通过所述PCIe UVC组件的内部组件向所述scoreboard模块的记分板发送数据帧记录；所述scoreboard模块的记分板接收到两端的帧记录后，进行数据一致性比较。

优选的，全平台的运行环境的配置参数包括如下参数：

平台自动比对的超时限制、待测设计DUT寄存器配置的使用通路、发送端校验和检测等级、数据帧收发统计数据的汇报周期以及配置平台启用的通道。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供了一个通用的验证环境，配置参数多，设计灵活，可实现各类 PCIe总线网络接口卡待测设计DUT的快速替换，方便以较高的效率，较低的成本快速实现网络接口卡DUT硅前验证平台；

2、本发明解决了当前网络接口卡验证环境搭建复杂、可重用性差的问题，可以显著提高验证人员的工作效率，减少搭建验证环境的时间；

3、本发明自带多级校验和检测checker，可实现实时对数据帧的校验检查，避免传统验证结构人工检测效率低、准确率差的问题，很大程度地提高了验证效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台的结构示意图；

图2为本发明的TX Ring的结构示意图；

图3为本发明的RX Ring的结构示意图；

图4为本发明的scoreboard模块的记分板的事务流操作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1～4所示，本实施例提供一种PCIe(peripheral component interconnectexpress，高速串行计算机扩展总线标准)总线网络接口卡的系统级验证平台，包括：PCIeUVC (Universal Verification Component，通用验证组件)组件、GMAC(Gbps MediaAccess Control，千兆介质访问控制器)UVC组件、scoreboard(计分板)模块、checker(检验器)组件、JTAG UVC组件以及待测设计DUT(Design Under Test，待测设计)，PCIe UVC组件连接待测设计DUT，PCIe UVC组件与待测设计DUT之间进行数据帧的传输， PCIe UVC组件与scoreboard模块连接，PCIe UVC组件向scoreboard模块发送帧记录，待测设计DUT连接GMACUVC组件，待测设计DUT与GMAC UVC组件之间进行数据帧的传输，GMAC UVC组件连接scoreboard模块，GMAC UVC组件向scoreboard模块发送帧记录，GMAC UVC组件连接checker组件，GMAC UVC组件与checker组件之间进行数据帧的传输，checker组件连接scoreboard模块，checker组件向scoreboard 模块发送帧记录，外部发送测试sequence向PCIe UVC组件发送数据帧，外部接收测试 sequence向GMAC UVC组件发送数据帧。

包括如下两个过程：

数据帧发送：通过PCIe UVC组件的内置接口调用PCIe VIP向待测设计DUT发送数据帧，同时向scoreboard模块的记分板发送帧记录；待测设计DUT完成处理以后，向GMACUVC组件的GMAC接口发送数据帧，GMAC UVC组件中对应的GMAC UVC 完成数据帧的接收，并通过一组校验和checker组件向最终的scoreboard模块的记分板发送数据帧记录；scoreboard模块的记分板接收到两端的帧记录后，进行数据一致性比较；

数据帧接收：数据帧通过测试sequence配置GMAC UVC组件的GMAC发送接收数据帧，GMAC向待测设计DUT的GMAC接口发送接收数据帧，同时，向scoreboard 模块的记分板发送接收数据帧记录；待测设计DUT完成处理后，向PCIe VIP发送数据帧；PCIe VIP接收到数据帧后，通过PCIe UVC组件的内部组件向scoreboard模块的记分板发送数据帧记录；scoreboard模块的记分板接收到两端的帧记录后，进行数据一致性比较。

全平台的运行环境的配置参数包括如下参数：平台自动比对的超时限制、待测设计 DUT寄存器配置的使用通路、发送端校验和检测等级、数据帧收发统计数据的汇报周期以及配置平台启用的通道。

PCIe UVC组件包括第一Driver(驱动器)组件、第一Monitor(监视器)组件、第一Sequencer(序列器)组件及第一配置模块，第一Driver组件完成PCIe事务到PCIe VIP(PCIe验证知识产权核)底层读写的映射，第一Monitor组件监控PCIe接口的数据通信，并通过TLM(Transaction Level Modeling,事务级建模)通信将检测到的数据发送给scoreboard模块的记分板进行数据对比，第一Sequencer组件连接第一Driver组件和外部sequence，第一配置模块用于配置PCIe UVC组件的配置信息。

第一配置模块的配置参数包括如下参数：PCIe通道数、lane(通道)的memory(内存)基地址、通道lane的中断memory基地址、收发Ring(收发描述符环)的基本信息以及发送确认回收的超时时长。

第一Driver组件内置发送TX Ring模块和接收RX Ring(接收描述符环)模块，实现收发Ring环。TX Ring模块实现如下任务：

Init Task(初始化任务)：执行Ring环的初始化，使Ring中各个entry(入口)的信息通过PCIe的存储器写任务MemWr_DW task写入待测设计DUT片内寄存器；

Enable Task(发送使能任务)：通知待测设计DUT启用发送Ring的发送操作；

Recycle Task(轮询任务)：常驻无限循环task，负责读取待测设计DUT的Head 寄存器更新，依次检测Ring环的Head更新后的每个entry所对应的特定位是否有被待测设计DUT写回表示发送完成；若特定位被更新，表示发送已完成，则将对应的事务层数据包发送给scoreboard模块的的记分板；同时标记该entry为空闲；

SendFrame Task(帧发送任务)：负责将事务层表示的数据帧封装成Ring环中的数据包，其中，数据帧的数据由软件通过PCIe VIP的后门访问Backdoor MemWr_dw task (后门四字节内存写任务)模拟写入主机内存；同时更新Ring环的Tail(描述符尾指针) 位置，使其指向下一个可用的空闲entry；基于发送机制，平台自动识别帧数据的第一位，当第一位为0时，平台将依序将数据帧放置到发送缓存中，不移动Ring环的Tail 位置；当第一位为1时，平台将数据帧依序放置到缓存中后，将移动Ring环的Tail位置，通知硬件执行发送操作。

RX Ring模块实现如下任务：

Init Task：执行Ring环的初始化，使Ring中各个entry的信息通过PCIe的 MemWr_DW task写入待测设计DUT片内寄存器；

Enable Task：通知待测设计DUT启用接收Ring的接收操作；

Recycle Task：常驻无限循环task，负责读取待测设计DUT的Head寄存器更新，依次检测Ring环的head更新后的每个entry所对应的特定位是否有被待测设计DUT写回表示接收完成；若特定被更新，表示接收已完成，则将此entry所对应的接收数据帧内存，通过PCIe VIP的后门访问Backdoor MemRd_dw task(后门四字节内存读任务) 全部读取后，封装成事务层数据包发送给scoreboard的记分板；同时标记该entry为空闲；向后移动tail，将空闲entry设置为可接收状态。

GMAC UVC组件包括第二Driver组件、第二Monitor组件、第二Sequencer组件及第二配置模块，第二Driver组件将GMII(千兆介质无关接口)事务转换成GMII接口信号，第二Monitor组件在网络接口端收发两路上同时检测接口信号的变化，自动识别数据帧的发送，并将数据帧识别出来后汇报给scoreboard模块的记分板，第二Sequencer 组件连接第二Driver组件和外部sequence。第二配置模块的配置参数包括如下参数：网络端口数、是否启用Reduce(指代RMII及RGMII接口模式)模式、是否启用自动协商、接口支持的速率、是否支持全双工模式及接口连接状态。

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

如图1～4所示，本实施例公开了一种基于通用验证方法学UVM的PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台，该平台通过灵活的设计可实现不同类型PCIe总线网络接口卡待测设计DUT的快速替换，方便以较高的效率，较低的成本快速实现网络接口卡DUT 硅前验证平台。

验证平台基于UVM和PCIe VIP构建，平台设计实现了通过PCIe验证组件UVC 接收和发送以太网数据帧的功能。同时，GMAC验证组件UVC可完成网络上以太网帧的接收和发送。此外，平台自带多级校验和检测checker，可实现实时对数据帧的校验检查。配置的灵活性涉及网络接口的类型及数量、PCIe总线的接口类型等。本发明将系统介绍该验证方法的整体思路，并具体介绍该验证平台的系统结构。

本实施例提供的一种基于通用验证方法学UVM的PCIe总线网络接口卡的系统级验证平台，具体包括：

PCIe UVC，该通用验证组件UVC封装了PCIe VIP，可实现PCIe Host端RootComplex(RC，根复合体)模式的模拟,从而实现与待测设计DUT之间的PCIe数据通信。PCIeUVC组件基于UVM实现，包括Driver、Monitor、Sequencer及配置组件。Driver 完成PCIe事务到PCIe VIP底层读写的映射；同时，内置发送TX Ring和接收RX Ring，可实现收发Ring环(对应存储数据帧接收和发送描述符)的模拟。

Ring环的特性如下：TX Ring的结构如图2所示，主要包含以下任务Task：(1)InitTask：执行Ring环的初始化，包括Ring中各个entry的信息通过PCIe的存储器写任务MemWr_DW task写入待测设计DUT片内寄存器；(2)Enable Task：通知待测设计DUT 启用发送Ring的发送操作；(3)Recycle：常驻无限循环task，负责读取待测设计DUT 的Head寄存器更新，然后依次检测Ring环的Head更新后的每个entry所对应的特定位是否有被待测设计DUT写回表示发送完成；若特定位被更新，表示发送已完成，此时，将对应的事务层数据包发送给计分板；同时标记该entry为空闲；(4)SendFrame：负责将事务层表示的数据帧封装成Ring环中的数据包，其中，数据帧的数据由软件通过PCIe VIP的后门访问Backdoor MemWr_dw task模拟写入主机内存。同时更新Ring环的Tail 位置，使其指向下一个可用的空闲entry。基于发送机制的特殊性，平台会自动识别帧数据的第一位，当第一位为0时，平台将依序将数据帧放置到发送缓存中，并不移动 Ring环的Tail位置；当第一位为1时，平台将数据帧依序放置到缓存中以后，将移动 Ring环的Tail位置，通知硬件执行发送操作。

RX Ring的结构如图3所示，主要包含以下任务Task:(1)Init Task：执行Ring环的初始化，包括Ring中各个entry的信息通过PCIe的MemWr_DW task写入待测设计 DUT片内寄存器；(2)Enable Task：通知待测设计DUT启用接收Ring的接收操作；(3) Recycle：常驻无限循环task，负责读取待测设计DUT的Head寄存器更新，然后依次检测Ring环的head更新后的每个entry所对应的特定位是否有被待测设计DUT写回表示接收完成；若特定被更新，表示接收已完成，此时，将此entry所对应的接收数据帧内存，通过PCIe VIP的后门访问Backdoor MemRd_dw task全部读取后，封装成事务层数据包发送给计分板scoreboard；同时标记该entry为空闲；随后，向后移动tail，尽可能多的将空闲entry设置为可接收状态。Monitor组件负责监控PCIe接口的数据通信，并通过TLM通信将检测到的数据发送给计分板scoreboard以供数据对比；Sequencer负责连接Driver和外部sequence。配置模块主要包含PCIe UVC的配置信息，主要的可配置信息有：PCIe通道数(x1/x2/x4/x8/x16)、通道lane的memory基地址、通道lane的中断memory基地址、收发Ring的基本信息以及发送确认回收的超时时长等。

GMAC UVC，该组件可实现网络接口端对端网络设备的模拟,从而实现与待测设计DUT之间的以太网通信。GMAC UVC组件基于UVM实现，包括Driver、Monitor、 Sequencer及配置组件。Driver负责将GMII事务转换成GMII接口信号，支持 GMII/MII/RGMII/RMII四种模式。举例来说，GMII发送数据包括以下内容：(1)前导码Preamble[7]:0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55；(2)SDF(帧起始定界符:0xD5)； (3)帧数据:对于Reduce模式的RMII和RGMII,需要在发送正式帧数据前发送8位链路信息码：{4’b0000,linkup[0],speed[1:0],duplex[0]}。Monitor负责在网络接口端收发两路上同时检测接口信号的变化，自动识别数据帧的发送，并将数据帧识别出来以后汇报给计分板scoreboard。Sequencer负责连接Driver和外部sequence,以启动不同的测试序列完成特定功能的验证。配置模块主要包括GMAC UVC的配置信息，主要有网络端口数、是否启用Reduce模式、是否启用自动协商、接口支持的速率 (10Mbps/100Mbps/1000Mbps)、是否支持全双工模式及接口连接状态等。

数据比对模块scoreboard及各类检测checker，平台的计分板scoreboard提供了一系列接口函数便于用户访问计分板scoreboard内的事物，从而实现按需进行事物处理的需求。通常在测试用例的main_phase中，在完成事物的发送后进行事物流的操作，检测事物流出入的情况是否正常，标准的事物流操作图4所示。检测checker主要用于数据帧的分类，以方便scoreboard进一步对比。

JTAG UVC，该通用验证组件UVC负责与待测设计DUT的JTAG接口通信，负责待测设计DUT内部所有内部寄存器的配置操作。通常，待测设计DUT内部的寄存器配置操作通过PCIe UVC内部PCIe VIP提供的PCIe接口实现，使用JTAG此类低速接口，可以作为高速PCIe接口寄存器配置的补充。

待测设计DUT，使用一款PCIe总线千兆网络接口卡作为待测设计DUT。DUT接口模块PCIe接口、接口模块GMAC接口用于验证平台和待测设计DUT的数据通信。

验证平台主体由PCIe UVC、GMAC UVC、数据比对模块scoreboard及各类检测checker、JTAG UVC及待测设计DUT构成，验证平台的整体结构如图1所示，数据帧的发送与接收过程如下：(1)、数据帧发送通过PCIe UVC的内置接口调用PCIe VIP向待测设计DUT发送数据帧，同时向记分板scoreboard发送帧记录；待测设计DUT完成处理以后，向GMAC接口发送数据帧，对应的GMAC UVC会完成数据帧的接收，并通过一组校验和checker向最终的记分板发送数据帧记录。记分板接收到两端的帧记录以后，会进行数据一致性比较。确保发送通路的数据正确。(2)、数据帧接收：数据帧通过测试sequence配置GMAC发送接收数据帧，GMAC向待测设计DUT的GMAC接口发送接收数据帧，同时，向记分板发送接收数据帧记录。待测设计DUT完成处理以后，向PCIe VIP发送数据帧。PCIe VIP接收到数据帧以后，通过PCIeUVC的内部组件向计分板scoreboard发送数据帧记录。记分板scoreboard接收到两端的帧记录以后，会进行数据一致性比较。确保发送通路的数据正确。全平台的运行环境也包括一些可配置参数，主要包括：平台自动比对的超时限制、待测设计DUT寄存器配置的使用通路(PCIe/JTAG)、发送端校验和检测等级、数据帧收发统计数据的汇报周期、配置平台启用的通道等。

本发明提供了一个通用的验证环境，配置参数多，设计灵活，可实现各类PCIe 总线网络接口卡待测设计DUT的快速替换，方便以较高的效率，较低的成本快速实现网络接口卡DUT硅前验证平台；

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。