覆盖率 | Shuang'Blog

“验证如果没有量化，那么就意味着没有尽头。”

伴随着复杂SoC系统的验证难度系数成倍增加，无论是定向测试还是随机测试，我们在验证的过程中终究需要回答两个问题：

是否所有设计的功能在验证计划中都已经验证？

代码中的某些部分是否从未执行过？

因此，引入覆盖率来作为验证过程的重要参考，用于衡量验证精度和完备性。

覆盖率的种类

如上图所示，常见为两种分法：

按照生成方式，分为隐性（implicit）和显性（Explicit）；
按照来自功能描述,还是设计实现,分为specification或者implementation

因此，组合后有代码覆盖率、断言覆盖率以及功能覆盖率分别处于不同象限中。

代码覆盖率

优势：由仿真工具自动收集，继而用来指出在测试程序中设计源代码哪些被激活触发，而哪些则一直处于非激活的状态。

局限：覆盖率100%并不意味着足够的功能覆盖率。

包括：

跳转覆盖率（toggle），衡量寄存器跳转的次数（0–>1,1–>0）;
行覆盖率（statement/line）,衡量代码行有没有被执行；
分支覆盖率（branch），衡量条件语句（if/else,case,?:）分支执行情况；
条件覆盖率（condition/expression），衡量一些布尔表达式中各个条件真伪判断的执行轨迹；
状态机覆盖率（FSM），仿真工具可以自动识别状态机，因此可以状态机的执行情况，包括跳转次数、顺序等。

功能覆盖率

我们无法通过代码覆盖率来得知功能是否被实现了，因此需要显性地定义，将设计功能描述映射到与功能覆盖率中，从而量化功能验证。

覆盖组（covergroup）

覆盖组与类相似，可以多次例化。包含覆盖点（coverpoint）、选项（option）、形式参数（argument）和可选触发（trigger event）。

覆盖组可以采集任何可见的变量，比如程序或模块变量、接口信号或者设计中的任何信号。

更多地covergroup定义在类中，被称为嵌入式覆盖组声明，例如以下：

class xyz;
  bit [3:0] m_x;
  int m_y;
  bit m_z;
  covergroup cov1 @m_z; // embedded covergroup
    coverpoint m_x;
    coverpoint m_y;
  endgroup
  function new(); cov1 = new; endfunction
endclass

覆盖点（coverpoint）

覆盖组中可以包含多个覆盖点（coverpoint），coverpoint可以对应多个bin（仓）。

下面的代码中覆盖组cg包含多个覆盖点例如b、cx、e以及匿名覆盖点和交叉覆盖点。

covergroup cg ( ref int x , ref int y, input int c);
  coverpoint x; // 创建CP x
  b: coverpoint y; // 创建CP b
  cx: coverpoint x; // 创建CP cx
  option.weight = c; 
  bit [7:0] d: coverpoint y[31:24]; // 创建CP d
  e: coverpoint x {
    option.weight = 2;
  }
  cross x, y { // 创建crossCP xXy
    option.weight = c; 
  }
endgroup

仓（bin）

该关键字用于指定或对应所有感兴趣的数值或者取值范围。

除了覆盖数值外，还可以覆盖数值的变化。

bit [4:1] v_a;
covergroup cg @(posedge clk);
  coverpoint v_a {
    bins sa = (4 => 5 => 6), ([7:9],10=>11,12);
    bins sb[] = (4=> 5 => 6), ([7:9],10=>11,12);
    bins sc = (12 => 3 [-> 1]);
  }
endgroup

交叉覆盖率（cross）

覆盖组中多个覆盖点或者变量之间可以另外定义交叉覆盖率（cover coverage）。

//两个coverpoint交叉以后将生成256个交叉的bin
bit [3:0] a, b;
covergroup cov @(posedge clk);
  aXb : cross a, b;
endgroup

覆盖率选项

覆盖率选项可以在covergroup、coverpoint或者cross中分别设置。

例如使用weight来表示比重；per_instance设置为1，将会记录每个covergroup实例的覆盖率数据；使用comment对covergroup/coverpoint/cross做进一步的说明，方便在覆盖率数据分析时阅读理解。

覆盖率选项以及预定义覆盖率方法做如下归纳：

Reference：

1.路科验证V0系列课程，可参考《芯片验证漫游指南：从理论到UVM的验证全视界》