驗(yàn)證覆蓋率（Verification Coverage）的存在是為了試圖回答這樣一個(gè)問(wèn)題：“你怎么知道驗(yàn)證已經(jīng)完成？”

實(shí)際上，就算驗(yàn)證覆蓋率達(dá)到了100%，從邏輯上也不能保證當(dāng)前的驗(yàn)證是完備的。只不過(guò)，100%的驗(yàn)證覆蓋率，可以讓工程團(tuán)隊(duì)對(duì)即將tape out的芯片增添不少信心。

本文將重點(diǎn)厘清覆蓋率相關(guān)的概念，以及在芯片開(kāi)發(fā)流程中跟覆蓋率相關(guān)的事項(xiàng)。

01

覆蓋率概述

要完成一項(xiàng)工程，需要從市場(chǎng)需求、產(chǎn)品計(jì)劃、工程流程、技術(shù)手段、監(jiān)管機(jī)制、資源調(diào)配、評(píng)審體系等多個(gè)維度做全盤(pán)考量。而覆蓋率，就是芯片工程中，評(píng)審體系需要重點(diǎn)參考的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，但也只是驗(yàn)證相關(guān)的其中一項(xiàng)。 目前被業(yè)界廣泛采用的覆蓋率指標(biāo)有功能覆蓋率（Function Coverage）和代碼覆蓋率（Code Coverage）。這兩項(xiàng)指標(biāo)需要配合起來(lái)看，比如100%的代碼覆蓋率以及低于100%的功能覆蓋率，可以看出驗(yàn)證不完整；100%的功能覆蓋率以及低于100%的代碼覆蓋率，可以看出代碼冗余或驗(yàn)證計(jì)劃有誤；更多的分析可以得出更詳細(xì)的結(jié)論。

下面會(huì)對(duì)這兩種覆蓋率分別展開(kāi)闡述，最后再補(bǔ)充一下用例通過(guò)率（Pass rate）和計(jì)劃覆蓋率（Plan Coverage）的內(nèi)容。

02

功能覆蓋率

功能覆蓋率，被用來(lái)度量DUT中哪些功能/特性被測(cè)試用例測(cè)試到了。這項(xiàng)指標(biāo)在隨機(jī)驗(yàn)證中非常有用，通過(guò)它可以明確地知道在“大范圍的掃射”之后，哪些功能被命中了，也就對(duì)當(dāng)前DUT的狀態(tài)有了大致的把握。 但要獲得這項(xiàng)指標(biāo)也會(huì)比較麻煩，工程師們需要針對(duì)各種各樣的功能和應(yīng)用場(chǎng)景，使用SV等驗(yàn)證語(yǔ)言去實(shí)現(xiàn)覆蓋率模型（Coverage Model）或斷言（Assertion），并且從大量的回歸測(cè)試（Regression）中采集（Sample）覆蓋數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的合并（Merge），最后做覆蓋率分析（Analysis）。



這里提到的功能和應(yīng)用場(chǎng)景，在不同層級(jí)的驗(yàn)證中（模塊驗(yàn)證/子系統(tǒng)驗(yàn)證/系統(tǒng)驗(yàn)證）有不同抽象的表達(dá)，比如模塊驗(yàn)證會(huì)更關(guān)心模塊電路是否所有的功能都被觸發(fā)到了，而系統(tǒng)驗(yàn)證會(huì)更關(guān)心是否耦合了各類(lèi)工作場(chǎng)景。 這里提到的實(shí)現(xiàn)覆蓋率模型，是容易引入人為錯(cuò)誤的地方。覆蓋率模型的定義決定了計(jì)算覆蓋率時(shí)的全集，比如設(shè)計(jì)文檔中提到了100個(gè)功能特性，驗(yàn)證工程師在開(kāi)發(fā)覆蓋率模型的時(shí)候由于理解不到位或者遺漏，導(dǎo)致只針對(duì)其中90個(gè)特性編寫(xiě)了覆蓋點(diǎn)，那么最后就算達(dá)成100%的功能覆蓋率，也還是有10個(gè)功能特性沒(méi)有被測(cè)試到。

SV功能覆蓋率模型的實(shí)現(xiàn)，需要用到覆蓋組covergroup和覆蓋點(diǎn)coverpoint這些語(yǔ)法特性。覆蓋組可以定義在package包、module模塊、program程序、interface接口或者class類(lèi)中。覆蓋組通過(guò)包含多個(gè)覆蓋點(diǎn)或覆蓋點(diǎn)交叉場(chǎng)景來(lái)完成對(duì)覆蓋率模型的描述，覆蓋組還需要指定采樣條件和其他配置選項(xiàng)。而覆蓋點(diǎn)，通常是需要被覆蓋的信號(hào)的邏輯或算術(shù)表達(dá)式，并且對(duì)具體覆蓋倉(cāng)（bin）做劃分。

提個(gè)小建議，即使對(duì)SV相關(guān)語(yǔ)法很熟悉，實(shí)現(xiàn)覆蓋率模型的時(shí)候還是使用最直接和最簡(jiǎn)單的方式。這樣可以提高可讀性，便于維護(hù)和評(píng)審。

03

代碼覆蓋率

代碼覆蓋率，被用來(lái)度量RTL中哪些代碼被仿真驗(yàn)證執(zhí)行到了。代碼覆蓋率是一種軟件和硬件開(kāi)發(fā)都通用的手段，通過(guò)在仿真程序運(yùn)行的過(guò)程中記錄統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來(lái)說(shuō)明代碼中哪些語(yǔ)句被分別執(zhí)行了多少次。 通過(guò)對(duì)代碼覆蓋率的分析，我們很容易發(fā)現(xiàn)RTL中冗余的代碼塊（沒(méi)有被執(zhí)行），這種“冗余”可能來(lái)自于RTL實(shí)現(xiàn)邏輯的錯(cuò)誤，或者用例和環(huán)境沒(méi)有正確完成期望的測(cè)試序列，又或者驗(yàn)證計(jì)劃不夠完備?？傊瑢?duì)于驗(yàn)證質(zhì)量的把控是非常有益的。 代碼覆蓋率的收集相比于功能覆蓋率要方便得多。

收集代碼覆蓋率通常是由EDA工具在啟用相應(yīng)功能的選項(xiàng)（option）之后自動(dòng)化完成，不需要工程師再開(kāi)發(fā)額外的代碼。同時(shí)，代碼覆蓋率是按照所有代碼作為全集來(lái)計(jì)算，不會(huì)像功能覆蓋率那樣存在人為引入的局限性。 但是，代碼覆蓋率有個(gè)本質(zhì)上的問(wèn)題，那就是代碼行本身不能代表功能特性，也就是說(shuō)，某一些代碼被覆蓋到了，并不能說(shuō)明RTL實(shí)現(xiàn)了某項(xiàng)功能，也不能說(shuō)明功能實(shí)現(xiàn)的正確性和邏輯完備性。反過(guò)來(lái)，完整的代碼覆蓋率，不能識(shí)別出來(lái)哪些功能特性沒(méi)有被實(shí)現(xiàn)，不能識(shí)別出來(lái)實(shí)現(xiàn)了的功能特性所有可能的場(chǎng)景，也不能識(shí)別代碼行在執(zhí)行順序上的正確性。



代碼覆蓋率的統(tǒng)計(jì)一般會(huì)再進(jìn)一步做分類(lèi)，即翻轉(zhuǎn)覆蓋率（Toggle Coverage）、行覆蓋率（Line Coverage）、語(yǔ)句覆蓋率（Statement Coverage）、分支覆蓋率（Branch Coverage）和狀態(tài)覆蓋率（FSM Coverage）。這些分類(lèi)很好理解，都是字面意思，比如toggle cov就是看某個(gè)信號(hào)的翻轉(zhuǎn)情況，F(xiàn)SM cov就是有限狀態(tài)機(jī)的遍歷情況，這里不再一一展開(kāi)贅述。

04

用例通過(guò)率和計(jì)劃覆蓋率

這是最后想要補(bǔ)充的兩個(gè)常見(jiàn)指標(biāo)，用例通過(guò)率（Pass rate）和計(jì)劃覆蓋率（Plan Coverage）。 通過(guò)率指的是執(zhí)行Pass的用例數(shù)占所有需要執(zhí)行的用例的比例。嚴(yán)格來(lái)講，通過(guò)率并不能表示驗(yàn)證工作的質(zhì)量進(jìn)度，它只能表征驗(yàn)證工程師大致的工作量進(jìn)度。在達(dá)成功能覆蓋率和代碼覆蓋率的目標(biāo)前，一般要求用例是100%pass的，即手上已開(kāi)發(fā)的用例都能執(zhí)行通過(guò)。

計(jì)劃覆蓋率指的是測(cè)試通過(guò)的測(cè)試點(diǎn)（test point）占所有測(cè)試點(diǎn)的比例。嚴(yán)格來(lái)講，計(jì)劃覆蓋率同樣不能表征驗(yàn)證工作的質(zhì)量進(jìn)度，因?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)的拆分具有很大的主觀性，在實(shí)際工程中增加測(cè)試點(diǎn)是常有的事。 計(jì)劃覆蓋率的計(jì)算，會(huì)要求將用例執(zhí)行結(jié)果反標(biāo)回驗(yàn)證計(jì)劃表，然后再對(duì)應(yīng)到測(cè)試點(diǎn)，這樣就可以根據(jù)用例的執(zhí)行結(jié)果來(lái)計(jì)算出計(jì)劃覆蓋率，它同樣只是能在一定程度上表征工作量進(jìn)度。

審核編輯：劉清