這些Debug調(diào)試方法你知道多少？（下篇）

調(diào)試（Debug），是個(gè)非常廣泛的話題，讓我先嘗試給它下個(gè)定義：

調(diào)試指的是在遇到工程問(wèn)題的時(shí)候，通過(guò)一些手段來(lái)進(jìn)一步診斷問(wèn)題原因，探索解決方法，最終使得系統(tǒng)功能正常運(yùn)行的必要過(guò)程。

調(diào)試應(yīng)該說(shuō)是任何一個(gè)工程師解決問(wèn)題的必備技能，對(duì)于芯片驗(yàn)證工程師來(lái)說(shuō)更是如此。調(diào)試通常沒(méi)有固定的章法，不可能按照某一個(gè)流程步驟就可以解決所有的工程問(wèn)題，畢竟在實(shí)際環(huán)境中遇到的問(wèn)題千差萬(wàn)別，可能只是你的某一個(gè)命令參數(shù)敲錯(cuò)了，可能是RTL邏輯設(shè)計(jì)上存在bug，也可能是設(shè)計(jì)規(guī)格（Specification）本身就存在紕漏，等等等等。

盡管調(diào)試方法不固定，但調(diào)試思想還是很一致的，那就是：盡可能的獲取更多的有效信息，并對(duì)這些信息做綜合分析。你細(xì)品，比如最常用的導(dǎo)出仿真日志（log）或者波形文件，這些方法本身就是為了獲取更多的有效信息，這些信息能夠幫助我們更好地去了解現(xiàn)在RTL的功能行為，幫助我們進(jìn)一步對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定位。

回到本文主題，本文要介紹的內(nèi)容就是調(diào)試過(guò)程中常用的方法和技巧，這些方法的合理應(yīng)用可以獲得上面說(shuō)的有效信息，從而提高我們解決問(wèn)題的效率。而至于如何做信息的綜合分析，需要根據(jù)具體場(chǎng)景和經(jīng)驗(yàn)才能完成。

方法1：文件和參數(shù)索引的建立

之所以把建立文件和參數(shù)的索引也說(shuō)成是調(diào)試方法，是因?yàn)樵诿鎸?duì)一個(gè)組件繁雜的驗(yàn)證環(huán)境，或者規(guī)模龐大的設(shè)計(jì)的時(shí)候，能夠快速地檢查相對(duì)應(yīng)特性的規(guī)格文件、配置文件、宏定義、類型定義、參數(shù)配置、類原型、函數(shù)原型等信息，極有可能就可以解決掉一些低級(jí)的錯(cuò)誤了。

要快速地找到這些有效信息，一方面依賴于工程師對(duì)當(dāng)前驗(yàn)證環(huán)境和設(shè)計(jì)配置文件的熟悉程度，另一方面可以借助一些工具來(lái)找到它們。后者就是本節(jié)所要介紹的內(nèi)容，下面就直接羅列我工作中最常用的一些工具和命令。

• 使用ctags掃描工作目錄，建立基于語(yǔ)法元素的索引，配合Vim可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法元素的快速跳轉(zhuǎn)。
• 使用meld工具比對(duì)目錄或者文件在不同版本之間的差異，功能比gvimdiff強(qiáng)那么一些。
• Windows下使用Listary或者Everything軟件來(lái)快速查找本地文件，可以參考《芯片工程師必備軟件神器》。
• Linux下使用grep命令來(lái)篩查文件內(nèi)容，配合管道符“|”可以實(shí)現(xiàn)更多級(jí)的篩查。
• 掌握一兩門腳本，Python、Perl、Shell等都可以，掌握正則表達(dá)式，隨手就可以實(shí)現(xiàn)一些小功能。

以上提到的工具和命令，都可以在網(wǎng)上找到大量的教程。如果有時(shí)間，我再寫一些小的使用Tip放到公眾號(hào)上。

方法2：波形的導(dǎo)出和使用

通過(guò)波形可以很直觀地看到RTL隨時(shí)間變化的所有行為細(xì)節(jié)，盡管拉波形看信號(hào)變化看多了容易眼睛瞎掉，但不得不承認(rèn)大多數(shù)情況下沒(méi)有波形的話問(wèn)題定位會(huì)變得寸步難行。波形文件是仿真過(guò)程的副產(chǎn)物，它按照一定的格式將每個(gè)仿真事件發(fā)生時(shí)刻的信號(hào)和變量狀態(tài)記錄下來(lái)，并最終以圖形化的方式呈現(xiàn)出來(lái)。

波形文件的格式很多，比如VCD、FSDB、VPD、WLF等等。

• VCD格式應(yīng)該說(shuō)是最通用的波形格式，它是SV標(biāo)準(zhǔn)中定義的一種ASCII文件格式，其全稱是Value Change Dump。VCD包含了所有信號(hào)的變化信息，它可以被任何EDA調(diào)試工具打開。VCD文件可以在testbench中使用SV的內(nèi)建任務(wù)$dumpfile("name.vcd")和$dumpvar()來(lái)導(dǎo)出。
• FSDB的全稱是Fast Signal Database，它是原來(lái)Novas公司（先被Synopsys收購(gòu)）的工具Verdi專用的波形格式。在testbench中，可以使用Verilog PLI接口（可以像調(diào)用內(nèi)建函數(shù)那樣去調(diào)用C/C++函數(shù)）調(diào)用$fsdbDumpfile("name.fsdb")和$fsdbDumpvars(0, top)去導(dǎo)出。注意，要用著兩個(gè)函數(shù)需要將Verdi安裝目錄中share/PLI下的相關(guān)庫(kù)添加到動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)路徑（$LD_LIBRARY_PATH）中，或者有參數(shù)（比如Mentor工具用的-pli）去指定PLI庫(kù)的路徑。
• VPD是Synopsys自家定義的波形壓縮格式，叫VCD Plus（這個(gè)plus是不是有點(diǎn)似曾相識(shí)的感覺(jué)），在使用Synopsys VCS工具仿真時(shí)可以導(dǎo)出VPD波形，同時(shí)也可以使用使用配套的波形瀏覽器DVE（Discovery Visual Environment）去打開波形。VPD波形可以在testbench中使用$vcdpluson去導(dǎo)出，在VCS做編譯和仿真的時(shí)候需要指定debug能力，比如加參數(shù)-debug_all。
• WLF的名字就比較單純，叫Wave Log Format，一看就知道是干啥的。WLF格式是Mentor家（現(xiàn)在屬于SIEMENS）定義的，可以由QuestaSim或者M(jìn)odelSim仿真工具可以生成和加載。如果你用ModelSim做過(guò)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)你打開波形界面，它會(huì)在工作目錄下自動(dòng)生成一個(gè)WLF文件。另外Mentor的工具還可以使用命令選項(xiàng)-qwavedb并附加一串選項(xiàng)，可以在仿真過(guò)程中生成仿真數(shù)據(jù)庫(kù)文件（simulation database），該文件以.db為后綴，可以當(dāng)成仿真波形被Visualizer調(diào)試工具打開。

以上提到的函數(shù)調(diào)用在參數(shù)上具有很大靈活性，可以指定具體要dump波形的RTL層級(jí)、scope范圍甚至指定哪些信號(hào)。此外還有其他函數(shù)可以用來(lái)限制波形文件大小、波形dump開關(guān)、導(dǎo)出Memory數(shù)據(jù)等等。

盡管不同格式的波形文件有以上差異，但在應(yīng)用的時(shí)候大部分情況下取決于你有什么EDA工具可以用，另一方面這些波形格式也有工具可以相互轉(zhuǎn)化。

仿真波形在使用的時(shí)候通常有一些技巧，方便問(wèn)題的定位和重現(xiàn)，下面列舉幾個(gè)常用的：

• 將功能相關(guān)的信號(hào)分組（group）放在一起，方便做邏輯或協(xié)議檢查；
• 可以將多個(gè)信號(hào)組合成總線信號(hào)，或者進(jìn)行自定義的邏輯運(yùn)算；
• 為被關(guān)注的仿真時(shí)刻添加標(biāo)簽（Mark），方便來(lái)回觀看；
• 通過(guò)添加標(biāo)尺可以查看信號(hào)事件間距、周期信號(hào)頻率、統(tǒng)計(jì)信號(hào)事件等功能；
• 將常用的狀態(tài)信號(hào)、總線信號(hào)、某個(gè)用例調(diào)試用的信號(hào)等保存成do文件，即將當(dāng)前波形界面的元素保存下來(lái)，方便波形重現(xiàn)；
• 每個(gè)人看波形的習(xí)慣和方式會(huì)有不同，找到自己習(xí)慣的方式就可以了；

方法3：仿真日志的導(dǎo)出和使用

仿真日志（常說(shuō)的log文件）通常是我們查看仿真結(jié)果會(huì)首先打開的文件。該文件中可以包含整個(gè)仿真過(guò)程中由編譯器和仿真器打印輸出的各種文本信息，比如當(dāng)前導(dǎo)入了哪些文件、本次編譯和仿真分別用到了哪些參數(shù)、當(dāng)前DUT的頂層是哪一層、仿真過(guò)程中不同時(shí)刻的關(guān)鍵動(dòng)作和信息、本次仿真的結(jié)果和資源開銷等等。

基于文本的仿真日志記錄和對(duì)仿真日志的手動(dòng)分析看起來(lái)是比較低級(jí)和低效的，特別是當(dāng)我們看著仿真日志并順著時(shí)間軸試圖去將打印數(shù)據(jù)和RTL行為關(guān)聯(lián)起來(lái)的時(shí)候，簡(jiǎn)直苦不堪言。盡管如此，仿真日志的導(dǎo)出和使用仍然在某些時(shí)刻起到了基礎(chǔ)性的作用，特別是在UVM將report機(jī)制構(gòu)造健全之后，其作用不可忽視。

SystemVerilog本身在打印信息上有好幾個(gè)任務(wù)可以用：**display, **write, **strobe, **monitor, 這幾個(gè)任務(wù)的使用上不完全相同。

• 最常用的是**display，**display可以用來(lái)做格式化輸出，格式化方法跟C語(yǔ)言幾乎一致，并且打印完成之后會(huì)自動(dòng)換行。
• write則用的不多，它的功能跟display很接近，區(qū)別在于在打印完成之后不會(huì)添加換行符，所以適用于想要在一行里輸出多個(gè)信息的場(chǎng)景。
• strobe的打印就比較講究了，通過(guò)strobe打印的變量值是當(dāng)前仿真時(shí)間槽（time slot）中該變量最后的值，比如對(duì)變量A做非阻塞賦值（<=）之后跟著用strobe打印變量值，打印出來(lái)的是該變量完成賦值之后的值，而如果用display則是打印出來(lái)該變量賦值完全之前的值。
• monitor的功能就跟它的名字一樣，它相當(dāng)于是在主線程之外開了一個(gè)監(jiān)控線程。當(dāng)通過(guò)monitor打印的變量或者表達(dá)式發(fā)生改變時(shí)，打印的功能就會(huì)被觸發(fā)，看起來(lái)就像是一個(gè)有了外部中斷能力的$display。

在UVM的框架里，打印信息被賦予了嚴(yán)重性等級(jí)（severity）和冗雜等級(jí)（verbosity），這在信息控制上提供可很大的便利。

Severity分成了INFO、WARNING、ERROR和FATAL，分別使用宏uvm_info、uvm_warning、uvm_error和uvm_fatal來(lái)進(jìn)行信息打印。

Verbosity等級(jí)共分為UVM_NONE、UVM_LOW、UVM_MEDIUM、UVM_HIGH、UVM_FULL、UVM_DEBUG六級(jí)，表示信息的冗雜程度由低到高。

• INFO顧名思義就是簡(jiǎn)單的狀態(tài)信息打印，這些信息并不是必須的，它的verbosity屬性可以通過(guò)uvm_info宏的參數(shù)來(lái)指定。比如當(dāng)仿真的verbosity設(shè)為UVM_DEBUG時(shí)，所有uvm_info信息都會(huì)被打印出來(lái)，仿真日志會(huì)顯得非常冗雜；當(dāng)仿真的verbosity設(shè)為UVM_NONE的時(shí)候，只有UVM_NONE屬性的uvm_info信息才會(huì)被打印出來(lái)，仿真日志就看起來(lái)簡(jiǎn)潔很多。
• WARNING指的是一些警告信息，提示潛在的問(wèn)題，比如你顯式地調(diào)用了某個(gè)phase，可能不會(huì)影響仿真的繼續(xù)，但可能會(huì)讓仿真場(chǎng)景不符合預(yù)期。WARNING的verbosity默認(rèn)都是UVM_NONE，因此始終會(huì)被打印出來(lái)。
• ERROR就是一些錯(cuò)誤信息，錯(cuò)誤信息的出現(xiàn)不會(huì)使得仿真馬上停止，UVM給我們提供了閾值設(shè)置，當(dāng)錯(cuò)誤信息的數(shù)量達(dá)到某個(gè)值只有仿真就會(huì)自己退出。通常UVM_ERROR的信息被打印出來(lái)，我們都需要去把它們都解決掉。ERROR的verbosity等級(jí)默認(rèn)都是UVM_NONE，所以也不要想著用verbosity來(lái)屏蔽它。
• FATAL就是一些致命的錯(cuò)誤，只要一出現(xiàn)仿真就會(huì)馬上退出，這種問(wèn)題同樣必須解決，不解決你連仿真都跑不完?？上攵@類信息同樣verbosity默認(rèn)是UVM_NONE，始終會(huì)被打印出來(lái)。

Verbosity的設(shè)置出了直接用仿真參數(shù)+UVM_VERBOSITY=UVM_DEBUG來(lái)配置，UVM還提供了+uvm_set_verbosity這一非常靈活的參數(shù)，具體使用方法這里就不做介紹了。UVM出了這套完備的打印信息控制機(jī)制之外，還提供了很多調(diào)試宏，比如+UVM_CONFIG_DB_TRACE、+UVM_PHASE_TRACE、+UVM_OBJECTION_TRACE等，用來(lái)方便用戶從仿真日志中觀測(cè)配置數(shù)據(jù)庫(kù)（configuration database）狀態(tài)、phase執(zhí)行狀態(tài)和objection狀態(tài)等。

總而言之，信息的打印方法有很多，UVM在report機(jī)制上也給到了足夠的控制手段，利用好這些方法，仿真日志將是我們調(diào)試用例的利器！關(guān)于UVM的議題可以介紹的實(shí)在太多，有時(shí)間再開這一系列的文章。