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原文传递基于功能安全机制的AXI总线设计与验证

论文题名：	基于功能安全机制的AXI总线设计与验证
关键词：	汽车电子;AXI总线;功能安全机制;高级可拓展接口
摘要：	在国家战略与市场因素的双重作用下，近年我国汽车产销量稳居世界第一。车规级芯片作为汽车电子系统的控制核心，需求规模也逐年上升。特殊的应用场景使车规级芯片对安全性的要求更高于工业芯片和消费芯片。功能安全（FunctionSafety，FuSa）作为提升安全性的关键技术，成为了车规级芯片的研究重点。本文遵循数字IC前端设计流程，以FuSa技术和车规级雷达芯片的高级可拓展接口（AdvancedeXtensibleInterface，AXI）总线为研究对象，通过研究《道路车辆功能安全》国际标准（ISO26262）和AXI总线协议，完成了具备功能安全机制的AXI总线设计；通过研究通用验证方法学（UniversalVerificationMethodology，UVM），完成了总线验证平台的设计和自动化工具的开发。最后基于UVM验证平台，完成了功能验证和故障仿真，充分验证了设计的完备性。论文所述的各开发阶段主要工作如下：　　在设计阶段，本文规划了一种基于AXI总线协议的网络互连单元知识产权核（IntellectualPropertycore，IP）的架构方案，设计了一套综合性功能安全机制。这套功能安全机制包括纠错码（ErrorCorrectionCode，ECC）算法保护机制、硬件冗余机制、超时监控机制，可集成在原AXI总线IP架构中，在不影响AXI总线固有功能的前提下进行故障检测。ECC算法保护机制基于Hsiao码编码技术，可对AXI总线接口各传输通道的关键信号进行1位数据纠错和2位数据检错。硬件冗余机制基于双核锁步技术，可检测总线通路数据故障。超时监控机制基于多通道设计，可同时监控AXI总线读写事务关联信号、读写地址通道握手信号，并对信号超时或时序异常故障进行报警。　　在验证准备阶段，本文首先基于AXI总线的功能点，设计并实现了可支持功能验证和故障仿真两类需求的AXI总线验证平台，包括模块级总线UVM验证平台和系统级总线UVM验证平台。随后，为了提高验证效率，本文使用SystemVerilog语言和Python语言，以AXI总线验证平台架构为基础，通过研究代码自动化生成技术，设计了一种总线UVM验证平台自动化生成器。该生成器支持识别基于高级微控制器总线架构（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture，AMBA）的总线配置信息，可一键生成模块级或系统级AMBA总线UVM验证平台的代码文件。自动生成的验证平台具有随机化激励生成、自动化数据对比和错误报告等功能。　　在验证阶段，本文首先使用自动生成的模块级总线验证平台对具有功能安全机制的AXI总线桥进行模块级功能验证，测试用例通过率100%，功能覆盖率和代码覆盖率均为100%。随后使用Cadence的故障仿真工具XFS对AXI总线桥进行故障注入，各失效模型的诊断覆盖率均高于95%，即功能安全机制的故障检出率符合ISO26262标准规定的ASIL-B要求。最后基于自动生成的系统级总线验证平台，对芯片的总线互连矩阵进行系统级数据通路验证，测试用例通过。结果表明，本文设计的功能安全机制能有效提升AXI总线的安全性，总线UVM验证平台自动化生成器能准确完成代码生成任务，二者均达到设计预期。
作者：	罗宜浅
专业：	电子信息·集成电路工程
导师：	栗军帅;陆俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州大学
学位年度：	2023