Nos ambientes de desenvolvimento de sistemas integrados da atualidade, os requisitos dos sistemas devidos ao alto grau de funcionalidades incorporadas vêm-se incrementando, gerando uma alta complexidade nos projetos. Isto traz como consequência o aumento na quantidade de ciclos dentro do fluxo de projeto. Uma solução tem sido o uso de blocos IP para acelerar o desenvolvimento. Entretanto, para garantir um grau elevado de confiabilidade destes componentes, os processos de verificação devem comprovar que todas as propriedades do circuito estejam sendo cumpridas. Uma das técnicas utilizadas para isto é verificação funcional por simulação, que procura explorar, através da injeção de vetores de teste, a maior porção possível de todo o espaço de estados do circuito. Quanto maior o número de estados possíveis, maior o número de vetores de testes que devem ser inseridos. Portanto, o número de vetores de teste deve ser reduzido de forma considerável, entretanto, por este fato, métricas para determinar a completeza do processo de verificação, definidas como modelos de cobertura, têm sido necessárias. As métricas de cobertura são estabelecidas segundo as estratégias de observação do projeto sob verificação, DUV, sendo bastante comum na indústria a de caixa preta que tem como objetivo a estimulação das entradas e a observação dos eventos de saída do DUV. Neste caso, para determinar se o sistema cumpre com as especificações, o engenheiro de verificação, deve definir os eventos à saída que considera relevantes e as métricas para determinar a quantidade de vezes que devem ser observadas. Este tipo de modelagem é conhecido como cobertura por itens. A quantidade de itens e os eventos a serem observados podem ser dfinidos pelo conhecimento especialista, dos engenheiros de verificação ou, para simplificar esta tarefa, uma distribuição uniforme é adotada. Como estas formas de modelagem não abstraem todas as propriedades do circuito, o perfil da distribuição de valores dos eventos (parâmetros) escolhidos, em geral, não estão correlacionados com o perfil real verficado durante a execução dos testbenches , tendo como consequência o aumento dos tempos de simulação. Para tratar do problema acima, o presente trabalho tem como objetivo geral o desenvolvimento de uma metodologia para obter um modelo de cobertura de saída que apresente um perfil de distribuição semelhante ao real e que, assim, assista o engenheiro de verificação na seleção dos pontos ou intervalos de saída de interesse, adicionado-os às decisões derivadas de seu conhecimento especialista. Pela metodologia utilizada, encontra-se a(s) equação(ões) que define(m) a(s) saída(s) do circuito sob verificação e, a partir destas, a distribuição probabilística por evento observável. No centro da metodologia está a ferramenta PrOCov (Probabilistic Output Coverage), projetada com os objetivos acima. A metodologia e a ferramenta foram testadas com alguns exemplos de circuitos, modelos em alto nível do filtro FIR, do processador FFT e do filtro Elliptic, todos descritos em SystemC. Nos três casos testados, o PrOCov encontrou satisfatoriamente os respectivos perfis de saída. Estes foram comparados com os perfis obtidos por simulação, mostrando que uma excelente precisão pode ser obtida; apenas pequenas variações foram encontradas devidas a erros de aproximação. Também variações de precisão e tempo de simulação em função da resolução dos parâmetros de saída (eventos) foram analisadas nesta dissertação. / In current integrated system development environments, the requirements for the design of multi-function systems have increased constantly. Consequently, the number of iterations in the design flow has also grown. A solution for this problem has been the use of IP-cores to speed up the hardware development. However, to guarantee high level of reliability for these components, the verification process has to be kept strict in other to prove if the all system properties have been satisfied. The mainstream technique that has been used in the industry for the verification process is the dynamic functional verification. It aims to explore, by test vector injection, all the state space of the circuit. The higher the number of possible states, the higher the number of test vectors to be inserted. Therefore, the number of test vectors must be kept as low as possible. Due to that, completion and sufficiency metrics, identified as the coverage model, should be carefully defined. The coverage metrics are established according the observation strategies of the design under verification, DUV, where the black box approach is very common in the industry, being aimed at the stimulation of the inputs and observing the events of the DUV output. To determine whether the system meets the specifications, the verification engineer must define the events (s)he considers relevant at the output and the metrics used to determine the amount of times that the results must be observed. This type of modeling is known as item coverage. The amount of items and events to be observed may be defined by the experience of the engineer, but in most cases, to simplify this task, a uniform distribution is adopted. Those forms of modeling do not abstract the functionality of the circuit, then, the probability distribution of the chosen events is uncorrelated to the real simulated distribution, when the testbenchs are implemented. Therefore, the resulting simulation time increases. To solve the problem that is mentioned above, this work aims the development of a methodology to compute the output coverage, which should be similar to the real output value distribution and thus assist the engineer in the selection of the proper check points or output ranges of interest, by adding them to the decisions derived from his(her) knowledge. This methodology finds the equations that represent the outputs of the DUV and, from them, it computes the output probabilistic distribution. At the core of this methodology is the PrOCov (Probabilistic Output Coverage) tool, which was developed with the goals above. Both methodology and tool were tested with three circuits described in high level language, the FIR filter, FFT processor and Elliptic filter, written in SystemC. In all three cases, PrOCov presented a satisfactorily output distribution. Excellent precision could be achieved by the results, with only small variations found due to approximation errors. Also variations of accuracy and simulation time due to different resolutions of the output parameters (events) were analyzed in this dissertation.

The thesis is focused on the design and implementation of the portable stimulus verification scenarios for selected Berkelium processor modules based on RISC-V architecture from Codasip. The aim of this work is to use new standard for Portable Stimulus developed by Accellera organization to design and implement portable stimulus scenarios using the Questa InFact tool from Mentor. The proposed portable stimulus scenarios are then linked to the already existing verification environments of the UVM methodology and then they are used for verification of the Berkelium processor modules based on RISC-V architecture. The last part of the thesis is the evaluation of portability of the implemented scenarios to the individual levels of the Berkelium processor based on RISC-V architecture (IP blocks, subsystems, system level), in which it tries to use the proposed scenarios across all verificated levels.

One of the currently most used approaches for verification of hardware systems is functional verification. This master thesis describes design and implementation of a verification environment using UVM (Universal Verification Methodology) methodology for verifying the correctness of the robot controller in order to eliminate functional errors and faults of its implementation. The theoretical part of the thesis describes the basic information about functional verification, methodologies for creating verification environments, the SystemVerilog language and fault tolerance methodologies. The next part of thesis focuses on the design of the verification environment, its implementation and the creation of tests used to verify the correctness of the robot controller. Results of verification are discussed and evaluated in the conclusion of this work.

Funkční verifikace je jednou z nejrozšířenějších technik ověřování korektnosti hardwarových systémů podle jejich specifikace. S nárůstem složitosti současných systémů se zvyšují i časové požadavky kladené na funkční verifikaci, a proto je důležité hledat nové techniky urychlení tohoto procesu. Teoretická část této práce popisuje základní principy různých verifikačních technik, jako jsou simulace a testování, funkční verifikace, jakož i formální analýzy a verifikace. Následuje popis tvorby verifikačních prostředí nad hardwarovými komponentami v jazyce SystemVerilog. Část věnující se analýze popisuje požadavky kladené na systém pro akceleraci funkční verifikace, z nichž nejdůležitější jsou možnost jednoduchého spuštění akcelerované verze verifikace a časová ekvivalence akcelerovaného a neakcelerovaného běhu verifikace. Práce dále představuje návrh verifikačního rámce používajícího pro akceleraci běhů verifikace technologii programovatelných hradlových polí se zachováním možnosti spuštění běhu verifikace v uživatelsky přívětivém ladicím prostředí simulátoru. Dle experimentů provedených na prototypové implementaci je dosažené zrychlení úměrné počtu ověřovaných transakcí a komplexnosti verifikovaného systému, přičemž nejvyšší zrychlení dosažené v sadě experimentů je více než 130násobné.

This thesis describes an efficient method for speeding up functional verification of arithmetic circuits namely linear network such as wallace trees, counters using linear algebra techniques. The circuit is represented as a network of half adders, full adders and inverters, and modeled as a system of linear equations. The proof of functional correctness of the design is obtained by computing its algebraic signature using standard linear programming (LP) solver and comparing it with the reference signature provided by the designer. Initial experimental results and comparison with Satisfiability Modulo Theorem (SMT) solvers show that the method is efficient, scalable and applicable to complex arithmetic designs, including large multipliers. It is intended to provide a new front end theory/engine to enhance SMT solvers.

Uma das maiores restrições que existe atualmente no fluxo de projeto de CIs é a necessidade de um ciclo menor de desenvolvimento. Devido às grandes dimensões dos sistemas atuais, é muito provável encontrar no projeto de blocos IP, erros ou bugs originados na passagem de uma dada especificação inicial para seus correspondentes modelos de descrição de hardware. Isto faz com que seja necessário verificar tais modelos para garantir aplicações cem por cento funcionais. Uma das técnicas de verificação que tem adquirido bastante popularidade recentemente é a verificação funcional, uma vez que é uma alternativa que ajuda a manter baixos custos de validação dos modelos HDL ao longo do projeto completo do circuito. Na verificação funcional, que está baseada em ambientes de simulação, a funcionalidade completa (ou relevante) do modelo é explorada, aplicando-se casos de teste, um após o outro. Isto permite examinar o modelo em todas as seqüências e combinações de entradas desejadas. Na verificação funcional, existe a possibilidade de simular o modelo estimulando-o com casos de teste aleatórios, o qual ajuda a cobrir um amplo número de estados. Para facilitar a aplicação de estímulos em simulação de circuitos, é comum que espaços definidos por parâmetros de entrada sejam limitados em sua abrangência e agrupados de tal forma que subespaços sejam formados. No desenvolvimento de testbenches, os geradores de estímulos aleatórios podem ser criados de forma a conter subespaços que se sobrepõem (resultando em estímulos redundantes) ou subespaços que contenham condições que não sejam de interesse (resultando em estímulos inválidos). É possível eliminar ou diminuir, os casos de teste redundantes e inválidos através da aplicação de metodologias de modificação do espaço de estímulos de entrada, e assim, diminuir o tempo requerido para completar a simulação de modelos HDL. No presente trabalho, é realizada uma análise da aplicação da técnica de organização do espaço de entrada através de domínios de parâmetros do IP, e uma metodologia é desenvolvida para tal, incluindo-se, aí, uma ferramenta de codificação automática de geradores de estímulos aleatórios em linguagem SyatemC: o GET_PRG. Resultados com a aplicação da metodologia é comparada a casos de aplicação de estímulos aleatórios gerados a partir de um espaço de estímulos de entrada sem modificações.Como esperado, o número de casos de teste redundantes e inválidos aplicados aos testbenches foi sempre maior para o caso de estimulação aleatória a partir do espaço de estímulos de entrada completo com um tempo de execução mais longo. / One of the strongest restrictions that exist throughout ICs design flow is the need for shorter development cycles. This, along with the constant demand for more functionalities, has been the main cause for the appearance of the so-called System-on-Chip (SOC) architectures, consisting of systems that contain dozens of reusable hardware blocks (Intellectual Properties, or IPs). The increasing complexity makes it necessary to thoroughly verify such models in order to guarantee 100% functional applications. Among the current verification techniques, functional verification has received important attention, since it represents an alternative that keeps HDL validation costs low throughout the circuits design cycle. Functional verification is based in testbenches, and it works by exploring the whole (or relevant) models functionality, applying test cases in a sequential fashion. This allows the testing of the model in all desired input sequences and combinations. There are different techniques concerning testbench design, being the random stimulation an important approach, by which a huge number of test cases can be automatically created. In order to ease the stimuli application in circuit simulation, it is common to limit the range of the space defined by input parameters and to group such restricted parameters in sub-spaces. In testbench development, it may occur the creation of random stimuli generators containing overlapping sub-spaces (resulting in redundant stimuli) or sub-spaces containing conditions of no interest (resulting in invalid stimuli). It is possible to eliminate, or at least reduce redundant and invalid test cases by modifying the input stimuli space, thus, diminishing the time required to complete the HDL models simulation. In this work, the application of a technique aimed to organize the input stimuli space, by means of IP parameter domains, is analyzed. A verification methodology based on that is developed, including a tool for automatic coding of random stimuli generators using SystemC: GET_PRG. Results on applying such a methodology are compared to cases where test vectors from the complete verification space are generated. As expected, the number of redundant test cases applied to the testbenches was always greater for the case of random stimulation on the whole (unreduced, unorganized) input stimuli space, with a larger testbench execution time.

Uma das maiores restrições que existe atualmente no fluxo de projeto de CIs é a necessidade de um ciclo menor de desenvolvimento. Devido às grandes dimensões dos sistemas atuais, é muito provável encontrar no projeto de blocos IP, erros ou bugs originados na passagem de uma dada especificação inicial para seus correspondentes modelos de descrição de hardware. Isto faz com que seja necessário verificar tais modelos para garantir aplicações cem por cento funcionais. Uma das técnicas de verificação que tem adquirido bastante popularidade recentemente é a verificação funcional, uma vez que é uma alternativa que ajuda a manter baixos custos de validação dos modelos HDL ao longo do projeto completo do circuito. Na verificação funcional, que está baseada em ambientes de simulação, a funcionalidade completa (ou relevante) do modelo é explorada, aplicando-se casos de teste, um após o outro. Isto permite examinar o modelo em todas as seqüências e combinações de entradas desejadas. Na verificação funcional, existe a possibilidade de simular o modelo estimulando-o com casos de teste aleatórios, o qual ajuda a cobrir um amplo número de estados. Para facilitar a aplicação de estímulos em simulação de circuitos, é comum que espaços definidos por parâmetros de entrada sejam limitados em sua abrangência e agrupados de tal forma que subespaços sejam formados. No desenvolvimento de testbenches, os geradores de estímulos aleatórios podem ser criados de forma a conter subespaços que se sobrepõem (resultando em estímulos redundantes) ou subespaços que contenham condições que não sejam de interesse (resultando em estímulos inválidos). É possível eliminar ou diminuir, os casos de teste redundantes e inválidos através da aplicação de metodologias de modificação do espaço de estímulos de entrada, e assim, diminuir o tempo requerido para completar a simulação de modelos HDL. No presente trabalho, é realizada uma análise da aplicação da técnica de organização do espaço de entrada através de domínios de parâmetros do IP, e uma metodologia é desenvolvida para tal, incluindo-se, aí, uma ferramenta de codificação automática de geradores de estímulos aleatórios em linguagem SyatemC: o GET_PRG. Resultados com a aplicação da metodologia é comparada a casos de aplicação de estímulos aleatórios gerados a partir de um espaço de estímulos de entrada sem modificações.Como esperado, o número de casos de teste redundantes e inválidos aplicados aos testbenches foi sempre maior para o caso de estimulação aleatória a partir do espaço de estímulos de entrada completo com um tempo de execução mais longo. / One of the strongest restrictions that exist throughout ICs design flow is the need for shorter development cycles. This, along with the constant demand for more functionalities, has been the main cause for the appearance of the so-called System-on-Chip (SOC) architectures, consisting of systems that contain dozens of reusable hardware blocks (Intellectual Properties, or IPs). The increasing complexity makes it necessary to thoroughly verify such models in order to guarantee 100% functional applications. Among the current verification techniques, functional verification has received important attention, since it represents an alternative that keeps HDL validation costs low throughout the circuits design cycle. Functional verification is based in testbenches, and it works by exploring the whole (or relevant) models functionality, applying test cases in a sequential fashion. This allows the testing of the model in all desired input sequences and combinations. There are different techniques concerning testbench design, being the random stimulation an important approach, by which a huge number of test cases can be automatically created. In order to ease the stimuli application in circuit simulation, it is common to limit the range of the space defined by input parameters and to group such restricted parameters in sub-spaces. In testbench development, it may occur the creation of random stimuli generators containing overlapping sub-spaces (resulting in redundant stimuli) or sub-spaces containing conditions of no interest (resulting in invalid stimuli). It is possible to eliminate, or at least reduce redundant and invalid test cases by modifying the input stimuli space, thus, diminishing the time required to complete the HDL models simulation. In this work, the application of a technique aimed to organize the input stimuli space, by means of IP parameter domains, is analyzed. A verification methodology based on that is developed, including a tool for automatic coding of random stimuli generators using SystemC: GET_PRG. Results on applying such a methodology are compared to cases where test vectors from the complete verification space are generated. As expected, the number of redundant test cases applied to the testbenches was always greater for the case of random stimulation on the whole (unreduced, unorganized) input stimuli space, with a larger testbench execution time.

This master thesis deals with application of an evolutionary algorithm in the creation of regression tests. In the first section, description of functional verification, verification methodology, regression tests and evolutionary algorithms is provided. In the following section, the evolutionary algorithm, the purpose of which is to achieve reduction of the number of test vectors obtained in the process of functional verification, is proposed. Afterwards, the proposed algorithm is implemented and a set of experiments is evaluated. The results are discussed.

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<p>Predmet istraživanja ove doktorske disertacije je pronalaženje re&scaron;enja<br />problema automatske funkcionalne provere uređaja potro&scaron;ačke elektronike<br />koji su zasnovani na ekranu osetljivom na dodir. Osnovni izazov je pronaći<br />efikasan i pouzdan način električne stimulacije ekrana, bez mehaničke<br />pobude. Drugi izazov je definisati algoritam za proveru sadržaja na ekranu<br />posmatrajući ga sa stanovi&scaron;ta percepcije korisnika, pomoću kamere. Rezultat<br />istraživanja je integrisani sistem sa stimulacionom pločom koja kontrolisano<br />pobuđuje ekran električnim stimulusom, bez mehaničkih pokreta. Provera<br />uređaja se vr&scaron;i po principu crne kutije. Cilj sistema je proveriti da li se uređaj i<br />njegova programska podr&scaron;ka pona&scaron;aju očekivano.</p> / <p>Topic of research of this PhD thesis is finding the solution for the mentioned<br />problem of automated functional verification of consumer electronics devices<br />with touchscreens. The main challenge is to find a reliable and efficient way<br />of electric stimulation of touchscreens, without mechanical movements. The<br />second challenge is to design an algorithm for analysis of content on the<br />touchscreen, observing it from the user&rsquo;s perception, with the help of a<br />camera. Result of the research is the integrated system with the stimulation<br />board for controllable electrical stimulation of touchscreens, without<br />mechanical movements. The integrated system verifies whether the device<br />and its software behave as expected.</p>