Hardware Accelerated Functional Verification

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.Functional verification is a widespread technique to check whether a hardware system satisfies a given correctness specification. The complexity of modern computer systems is rapidly rising and the verification process takes a significant amount of time. It is a challenging task to find appropriate acceleration techniques for this process. In this thesis, we describe theoretical principles of different verification approaches such as simulation and testing, functional verification, and formal analysis and verification. In particular, we focus on creating verification environments in the SystemVerilog language. The analysis part describes the requirements on a system for acceleration of functional verification, the most important being the option to easily enable acceleration and time equivalence of an accelerated and a non-accelerated run of a verification. The thesis further introduces a design of a verification framework that exploits the field-programmable gate array technology, while retaining the possibility to run verification in the user-friendly debugging environment of a simulator. According to the experiments carried out on a prototype implementation, the achieved acceleration is proportional to the number of checked transactions and the complexity of the verified system. The maximum acceleration achieved on the set of experiments was over 130 times.