Multipurpose synthesizable SystemVerilog Spi-Bus protocol verification system

Abstract

The complexity of System-on-a-Chip (SoC) is continuing to increase due to the shrinking die size, increase in the number of sub-modules, power efficiency, performance, higher functionality and used protocols. This has an impact on the verification process related to the overall design process.

For the verification process, there are commercial products that can be applied in order to verify and test certain Intellectual Properties (IP) but also platforms that lack these tools. This thesis focuses on the issue where a system has to be constructed that helps the verification and testing process of a data bus protocol used by the Device Under Testing (DUT).

The study of the Serial Peripheral Interface (SPI) gives the examples of some issues that can be faced during applying this data bus protocol to any given system.

Different kinds of testing and verifying methods are addressed in order to show what the tools can be when applying new DUT to a system or examining the data bus protocol it uses.

The flow of a design process is studied by showing the iterations of a particular system that was to be created to meet the need that were introduced while examining the issues relating this subject. This flow can be said to start from ground level and end to the final iteration where the system could be created from.

The functionality and structure of a Multipurpose Verification System that was created during this thesis are explained. The proofing process of this system is showed by examining the simulation and synthesis reports.

The outcomes and future development ideas are discussed as well. This thesis showed that the study in hand has benefits to Nokia as the applying company and the system could be added to the company tool library after modifying it to be used as a stand-alone IP.

Järjestelmäpiirien (SOC) kompleksisuus on jatkuvassa kasvussa johtuen johdinpiirien pienenemisestä, alijärjestelmien määrän kasvusta, vaatimuksista tehonkulutuksessa, suorituskyvyn kasvusta, toiminnallisuuden kasvusta ja käytettävistä protokollista. Näillä attribuuteilla on vaikutusta kokonaissuunnitteluprosessin verifiointiprosessiin.

Verifiointiprosessiin on tällä hetkellä saatavilla kaupallisia sovelluksia, joita voidaan hyödyntää kolmannen osapuolen suunnitteleman systeemin testaukseen ja verifioitiin. Samalla on myös olemassa testausalustoja, joista nämä sovellukset puuttuvat. Tämä diplomityö keskittyy tilanteeseen, jossa täytyy rakentaa systeemi joka helpottaa testattavassa laitteessa (DUT) käytettävän tietoväyläprotokollan verifiointi- ja testausprosessia.

Serial Peripheral Interface (SPI)-väyläprotokollan tutkimus tuo esiin esimerkkejä, joihin voidaan törmätä, kun kyseistä väyläprotokollaa käytetään missä tahansa sitä hyödyntävässä systeemissä.

Diplomityössä tutkitaan erilaisia testaus- ja verifiointimetodeja, jotta voidaan osoittaa mitä erilaisia työkaluja voidaan hyödyntää, kun uusi testattava laite lisätään olemassa olevaan systeemiin tai tutkitaan tämän käyttämää väyläprotokollaa.

Kokonaissuunnitteluprosessia on tutkittu esittelemällä tietyn järjestelmän iteraatiovaiheita, joka kehitettiin ratkaisemaan aiemmin tarkasteltuja, tähän aiheeseen liittyviä ongelmia. Suunnitteluprosessin voidaan katsoa alkaneen tilanteesta, jossa mitään konkreettista ei ollut vielä valmiina ja päättyvän tilanteeseen jossa järjestelmän viimeinen iteraatio voitiin alkaa konkretisoimaan.

Monikäyttöisen syntetisoituvan verifiointijärjestelmän funktionaalisuus ja rakenne esitellään. Tutkimalla simulointi- ja synteesiraportteja näytetään tämän järjestelmän varmennusprosessi. Diplomityön toteutumista ja tulevaisuuden jatkokehitysideoista keskustellaan.

Tämä diplomityö osoittaa, että Nokia soveltajayrityksenä pystyy hyödyntämään tämän tutkielman lopputulemia. Lisäksi työn tulokset voidaan lisätä, modifioinnin jälkeen, yrityksen komponenttikirjastoon toimimaan itsenäisenä instanssina.