在传统的设计流程中进行功能验证，首先需要通过写测试矢量的方式给需要进行功能测试的模块加激励，然后通过观察模块的输出结果，判断模块的功能是否正确。但是在写测试矢量时，测试工程师是在自己对模块功能理解的基础上进行的。这样就存在一个问题，测试矢量对模块的激励有可能是不完备的，还有可能是错误的。由此有可能模块的功能是错误的，但测试矢量的激励并没有使错误体现出来；也有可能模块的功能是正确的，误报错误使验证过程变得非常低效[5]。为避免以上问题，在模块的功能验证中，采用系统级验证环境。该环境由IP 总线、驱动器、监视器、外部模块和协调它们工作的脚本组成。组成系统的各模块可以按需要加入环境。每次验证过程就是相应的激励作用于环境的过程。验证结果由环境产生、检验和输出。该验证环境在SOLARIS5.8操作系统下，仿真器采用Synopsys公司的VCS，支持C/C++、Verilog和VHDL协同仿真，可以直接将SPI模块挂在验证环境中，通过Verilog的$readmemh任务读入软件激励进行验证。
在系统时钟为66MHz，CPOL=1、CPHA=0下收发6字节数据的仿真结果如图5、6所示。
SPI模块的典型应用是：通过与带SPI接口的触摸屏控制芯片连接，提供对触摸屏的支持。针对此目标，将SPI模块及其它必要模块加载到FPGA中进行硬件、软件联合调试，对实际电路进行验证。我们选用了最常见的四线式电阻式触摸屏，而触摸屏控制芯片采用ADS7843。ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片,支持8和12位的A/D转换精度。为了完成一次电极电压切换和A/D转换，微处理器需要先通过SPI接口往ADS7843发送控制字，转换完成后再通过SPI接口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期[6]。典型的应用电路如图7所示。
SPI的FPGA验证平台包括ARM公司提供的Intergrator/LM-EP20K1000E和Intergrator/CM7TDMI开发验证板以及Garfield II验证电路板(自行设计)。其中Intergrator/CM7TDMI上的ARM7TDMI微处理器内核作为整个开发系统的CPU。通过ARM Multi-ICE，将验证必需的包括SPI在内的所有模块由JTAG口加载到Intergrator/LM-EP20K1000E板上Altera APEX20KE系列的EP20K1000EFC672中。外围电路由Garfield II验证电路板(包含ADS7843)以及触摸屏组成。在FPGA上通过软硬件协同验证，通过逻辑分析仪观测SPI总线信号，也证明此SPI模块性能良好。
另外，通过台湾集成电路制造公司(TSMC)，采用其0.25μm标准单元库对该设计多次进行流水验证，获得的实际IP电路在样机中工作十分稳定。至此，IP的设计十分成功。当设计相似架构的SoC芯片时，可根据需要配置相应参数后直接进行复用。
结 语
建立经过充分验证的功能正确、性能良好的可复用IP模块库，是快速进行SoC设计的基础和要求。设计可复用的IP，需要遵守一定的设计方法：完整、清晰的文档；良好的代码风格；详细的注释；精心设计的校验环境；极高代码覆盖率的测试向量等。本文以SPI模块IP为例，按照规范的流程和要求，进行了初步的尝试，得到了较好的结果。
参考文献
1 魏少军．SoC设计方法学．电子产品世界，2001(5)：36~38
2 陈岚，等. 单片系统(SoC) 设计技术. 计算机研究与发展，2002, l39(1):11
3 沈戈，等. 基于可重用IP的SOC设计方法学的研究. 西安石油学院学报(自然科学版)，2003，l18：72
4 Xilinx Limited. CoolRunner-II Serial Peripheral Interface Master. 2002
5 宋红东．基于嵌入式微处理器的系统级验证方法研究与多媒体加速模块的实现[D]. [硕士学位论文]. 南京：东南大学，2003
6 Burr-Brown Limited. Touch Screen Controller ADS7843
7 David Flynn. AMBA：Enabling Reusable On-Chip Design. IEEE Micro. July/August 1997