【芯片驗(yàn)證】異步電路碎碎念（十）在靜態(tài)對(duì)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(duì)兩個(gè)典型的隨機(jī)方法在靜態(tài)對(duì)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(duì)象中的隨機(jī)函數(shù)特性探究
在此基礎(chǔ)上這一篇來(lái)討論如何在靜態(tài)對(duì)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(lái)：
1.縱向看，無(wú)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(gè)例化模塊對(duì)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(shí)，同一個(gè)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(chǎng)景，且出錯(cuò)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(shí)，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(méi)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(cuò)誤值；

基于這兩個(gè)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(lái)都是有YES有NO，那兩個(gè)加在一起不就都是YES了么！

多說(shuō)無(wú)益，咱們來(lái)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(gè)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(guò)觀察這個(gè)結(jié)果不難得出結(jié)論，無(wú)論從時(shí)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(duì)這個(gè)方法進(jìn)行分析，從之前的特性上能夠看出來(lái)，我們最常用的$urandom之所以不能滿足需求是因?yàn)閷?duì)于靜態(tài)模塊的不同例化體而言，同一回合的$urandom會(huì)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(gè)例化實(shí)體。而此時(shí)以能夠感知靜態(tài)模塊不同例化實(shí)體的$random作為補(bǔ)充把這個(gè)作為隨機(jī)的“地基”引入到$urandom的結(jié)果上來(lái)，那么就填補(bǔ)了$urandom的“功能缺失”。而$random這個(gè)地基恰好又是在每個(gè)回合隨機(jī)結(jié)果也不一樣，缺失是對(duì)于不同的seed同樣的模塊中隨機(jī)結(jié)果一致，這也沒(méi)關(guān)系，$urandom補(bǔ)充了這個(gè)功能上的問(wèn)題。這樣以$random和$urandom互為補(bǔ)充的方式，滿足了我們構(gòu)造可控隨機(jī)的需求，同樣這兩個(gè)函數(shù)的其他組合方式也是可以的，比如$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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