【芯片驗(yàn)證】異步電路碎碎念（十）在靜態(tài)對象內(nèi)構(gòu)建可控隨機(jī)·方案一

倒序?yàn)g覽 · 發(fā)表于 2024-10-30 12:16:00

上一篇文章中對兩個典型的隨機(jī)方法在靜態(tài)對象中的隨機(jī)特性進(jìn)行了探究：
【芯片驗(yàn)證】異步電路碎碎念（九）靜態(tài)對象中的隨機(jī)函數(shù)特性探究
在此基礎(chǔ)上這一篇來討論如何在靜態(tài)對象內(nèi)構(gòu)建可控的隨機(jī)方法。先把上一篇的結(jié)論拿出來：
1.縱向看，無論是$random還是$urandom都實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)功能，且每次隨機(jī)值不同；
2.橫向看，兩個例化模塊對比，$random每次隨機(jī)的結(jié)果不同，而$urandom每次隨機(jī)的結(jié)果相同；
3.以不同的種子進(jìn)行仿真時，同一個例化模塊，$random的隨機(jī)結(jié)果每次都相同，而$urandom每次的隨機(jī)結(jié)果是不同的；

再把我們的需求明確下：
1.隨機(jī)數(shù)值是可控且可以復(fù)現(xiàn)的，不同的種子隨機(jī)出不同的結(jié)果，相同的種子隨機(jī)出相同的結(jié)果，這樣可以充分覆蓋隨機(jī)場景，且出錯后穩(wěn)定可復(fù)現(xiàn)；
2.橫向看，不同的比特（即每條異步走線路徑）隨機(jī)的結(jié)果不同，例如隨機(jī)延遲時，每條路徑的延遲本身就不同，如果隨機(jī)結(jié)果一致那就沒有意義了；
3.縱向看，單比特走線每次隨機(jī)的結(jié)果不同，例如這次跳變隨機(jī)恢復(fù)為正確值，下次隨機(jī)恢復(fù)為錯誤值；

基于這兩個表格，很容易想到一種比較容易實(shí)現(xiàn)的可控隨機(jī)方法：$random+$urandom，既然你來都是有YES有NO，那兩個加在一起不就都是YES了么！

多說無益，咱們來做一做實(shí)驗(yàn)看看吧，修改之前實(shí)驗(yàn)的RTL代碼為：
reg [7:0]rand_value, urand_value;
reg [7:0]new_rand_value;
always @*begin
  if(power)begin
rand_value  = $random;
urand_value = $urandom;
new_rand_value = $random + $urandom;
//$display("----------------------------------------------");
//$display("%m rand_value = 'h%0h",  rand_value);
//$display("%m urand_value = 'h%0h", urand_value);
$display("%m new_rand_value = 'h%0h", new_rand_value);
//$display("----------------------------------------------");
  end
end仍舊以0/1234/5678三個種子進(jìn)行三次仿真：tc seed = 0
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'hbd
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h9f
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h6f
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'hf4
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'hec
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h1c
tc seed = 1234
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'hd8
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'hba
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h7
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h8c
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h37
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h67
tc seed = 5678
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h78
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h5a
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h24
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'ha9
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'ha0
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'hd0通過觀察這個結(jié)果不難得出結(jié)論，無論從時間維度、例化維度還是仿真種子的維度看，隨機(jī)結(jié)果都是不同的，初步分析是可以滿足我們的需求。再看看是否可以穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)，重新以seed=1234跑一下仿真看下：tc seed = 1234
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'hd8
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'hba
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h7
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h8c
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h37
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h67確實(shí)可以穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)隨機(jī)的結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，$random+$urandom是能夠滿足我們的需求的。那么進(jìn)一步對這個方法進(jìn)行分析，從之前的特性上能夠看出來，我們最常用的$urandom之所以不能滿足需求是因?yàn)閷τ陟o態(tài)模塊的不同例化體而言，同一回合的$urandom會隨機(jī)出完全一樣結(jié)果，可以理解為其不感知靜態(tài)模塊的多個例化實(shí)體。而此時以能夠感知靜態(tài)模塊不同例化實(shí)體的$random作為補(bǔ)充把這個作為隨機(jī)的“地基”引入到$urandom的結(jié)果上來，那么就填補(bǔ)了$urandom的“功能缺失”。而$random這個地基恰好又是在每個回合隨機(jī)結(jié)果也不一樣，缺失是對于不同的seed同樣的模塊中隨機(jī)結(jié)果一致，這也沒關(guān)系，$urandom補(bǔ)充了這個功能上的問題。這樣以$random和$urandom互為補(bǔ)充的方式，滿足了我們構(gòu)造可控隨機(jī)的需求，同樣這兩個函數(shù)的其他組合方式也是可以的，比如$random*$urandom：tc seed = 0
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h3c
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h34
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h7a
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'he4
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h53
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h23
tc seed = 1234
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'hd7
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'ha5
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h32
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h94
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'h22
testbench.u_rand_test0 new_rand_value = 'h2

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