基于SystemC描述的嵌入式系统的自动化验证

CppUnit 测试框架在这里的职责是对测试过程的自动化封装。基础的CppUnit 测试框架,无法与测试点收集器建立联系,并且不提供连续状态的断言机制。本文的方法,一方面让测试用例引用的测试点收集器对象与AOP 植入的收集器对象保持一致,然后将测试点收集器的数据发送到测试用例中来;另一方面,用锁的形式实现测试输入与测试响应异步过程同步化的机制,以适应测试过程同步化的特点。连续输入输出的测试,可以通过扩展测试点收集器的储存能力,收集全部连续输出,统一通知测试单元,完成连续信号的期望判断。在有黄金模型的联合模拟框架下,连续输入输出的测试,也可以由测试点收集器即时收集响应,即时通知测试单元,与黄金模型输出的即时期望数据比较。

SystemC 的TLM 和简单片上总线的测试实例

SystemC 语言的一个重要特征是支持系统的交易级建模( TLM) 和验证。在系统级设计与验证中,交易(t ransaction) 成为越来越重要的一个概念。一般来说,交易可以理解为系统模型中2 个模块之间的一次数据交换。这个交换与采用的协议无关,通常不涉及具体的总线时序等细节。最常见的是读交易和写交易,以保证模块之间同步操作是事件交易。另外,模块之间的中断也是一种交易。TLM 模型较RTL (register t ransfer level ) 级容易编写,而且模拟速度较RTL 级提高了100～1 000 倍,每秒钟能仿真至少10 万个交易。TLM 的一个重要用途,是可以作为RTL 级验证的黄金参考模型,系统级测试用例可以重用;另外, TLM 模型对于软件开发已足够精确,因此可以在硬件RTL 级设计的同时,并行在TLM 模型上进行嵌入式软件的开发,加速开发流程。

TLM 模型包含了事件之间的正确顺序,而没有底层的物理延时,可以为软件设计者提供一些初步的性能分析。另外,含有时间信息的TLM 模型可对系统结构做出一些评价,从而探索和优化系统结构。TLM 的嵌入式系统设计一般都带有一个总线通信结构, 完成各个功能模块之间的相互通信。TLM 的主要任务就是相应的通信抽象,实现通信机制。一个简单片上的总线系统包括主从设备接口、快/ 慢速存储器通道、通用串口通道、仲裁器接口和仲裁器模块等。测试的目的一是验证各个模块之间通信实现的正确性,为软硬件协同设计提供正确的TLM 模型;二是可以评估系统的体系结构,如确定系统的资源如储存器和FIFO(first in first out) 的大小等。图5 给出了一个简单片上总线的测试实例。

在这个例子中, 由AspectC ++ 实现的Aop Test Probe 直接加在了各通信接口的通信方法上, 各通信方法在调用之前或之后, 都被Aop Test Probe 准确捕获; 然后由TraceRecord 类收集相应的信息,再将信息通过接口NotifyTest 通知测试用例SimpleBusTestCase ;测试用例实例化被测体SimpleBus , 准备输入数据, 然后锁定等待TraceRecord 发过来的响应数据,通过与期望的断言比较, 完成一个测试过程。 这里, SimpleBus 与TraceRecord 的关联是由方面编译器编译Aop Test Probe 而植入的。测试完毕,就可以不再用方面编译器编译而去掉这个关联。被测体在发布时不会由于测试代码的冗余而影响效率和占用内存。

通过这个实例可以发现,该自动化测试方法虽然由于AOP 的方面编译带来了更长的编译时间,但AspectC ++ 实现了与C/ C + + 同样高效的代码同时带来了更加明显的优点,比如消除测试代码的冗余,减少出错的可能,满足测试要求的灵活性和可移植性等;自动化测试框架的结合,更是大大提高了测试过程的效率。所以该方法可为嵌入式系统模型的验证和评估提供十分有效的自动化手段。

结语

本文在对嵌入式系统SystemC 描述的基础上,提出了一种全新的自动化验证方法。该方法采用AOP 技术,并结合ATP 的使用。该方法支持测试自动化,并实现了测试代码的分离和封装,随时可满足被测系统的测试要求;对嵌入式系统的系统模型,可自动化、重复性地验证,能够满足系统模型在较高抽象级的验证和评估要求。面向方面的思想和技术在各方面的应用,已经得到人们越来越多的关注,实际上,可以进一步引用AOP 技术到嵌入式系统的设计过程中,为系统设计提供更好的模块化和复用性。