Title：VCS工具学习

一 介绍

• 是什么？

  VCS (Verilog Compiler Simulator) 是synopsys的verilog 仿真软件，竞品有Mentor公司的Modelsim、Cadence公司的NC-Verilog、Verilog—XL.

  VCS能够 分析、编译 HDL的design code，同时内置了 仿真和调试 功能，以及 支持SV、验证规划、覆盖率分析和收敛的验证功能（集成了这些工具：SystemC、Verdi、UCLI Unified Command-line Interface、Built-In Coverage Metrics等）；可以理解为是芯片领域的 IC前端的前半部分阶段的IDE（因为后面还要另用DC跑综合，也是前端）。

• 在chip flow中的位置

  chip flow是前端、后端；前端分为前仿、综合（Synopsys用于跑综合的软件是DC, design compiler）、后仿，区分是有没有综合过；后端有DFT、layout、CTS、placement、route等。

• vcs和verdi的区别

  vcs是仿真代码来生成波形的，verdi是看波形的.

• vcs和dve的区别

  dve是VCS的GUI. （但很多地方如zx和synopsys培训机房都不装…不懂…）

  打开DVE的command：./simv -gui

二 用法学习

• VLSI课程使用的cmd case

  编译：

  vcs -full64 +2k -debug_access+all -timescale=1ns/1ns top.v

  仿真：

  ./simv 或 ./simv -gui

• 粗暴图示

  compile

  

  elaborate

  

  simulation

  

1 简介：VCS的两种simulate flow

VCS 要进行simulate，有 two-step flow 和 three-step flow 两种方式。

• two-step flow

  内容：先compile，再simulate.

  特点：仅支持 verilog HDL 和 SV. （对我已经enough了)

  理解：

  1. compile是构建design的实例层次，得到一个可执行的二进制文件simv，用于后续仿真；
  2. simulate是进行具体的仿真。

• three-step flow

  内容：先analysis，然后elaboration，再simulate.

  特点：用于VHDL和verilog两个混合design的仿真。

  理解：

  1. analysis：根据不同语言进行细化解析、检查语法错误；

     analysis是根据code是VHDL、Verilog、SV等进行解析、语法检查，转为中间文件库——VHDL design，用vhldan编译、转为vhdlan文件；Verilog design用vlogan编译，转为vlogan文件；

     elaboration是根据中间文件，从顶层module开始link，得到可执行文件simv；

  2. elaboration：link各个模块，产生可执行文件simv

     建议用-top 指定top module，否则默认从-work指定的库内最顶层的module开始；若有多个top-level module，就全执行一遍。

  3. simulate依然是仿真。

2 Option参数

根本写不完，于是用到哪些，写哪些。(￣▽￣)"

2.1 Option：two-step flow

compile阶段

• 基本用法

  vcs [各种option] .v文件

• 吐槽

  vcs -h 东西不多；

  verdi -h 东西贼多贼全，匪夷所思！

• 版本查看option

  常见option（我用到了就是常用(￣▽￣)" …）：

  1. -h 就是help——查看用vcs compile的option；

2. -ID 查看VCS版本、host ID（用来查license）等信息；

• 文件编译option

  纯粹编译RTL文件的vcs语法是：vcs top1.v top2.v

  注意文件顺序：头文件（被调用的）得在前面

  新增各种可选的option如下：

  1. -f file （或-file）指定 待compile的file list；

     **作用：**若 .v 文件太多，可以写到一个file里，用 -f 指定.

  2. -v common_file.v 指定一个verilog library文件；

     **作用：**起到 “补充” 的作用；only 1个module/UDP文件.

     若RTL结构明确、调用简单，就不需要它了；

     需要-v的场合，例如是一些common.v文件被共同调用、或是一些补充的function文件（不在主RTL文件内），那就用-v导进行编译.

     初衷：方便模块的“标准化”。而 用户自定义的组合逻辑模块在VCS manual被称为 UDP(user-defined primitive).

     注意：加了-v的file和其他主RTL文件在command序列内的顺序可以乱了哈，没事儿.

  3. -y 目录path 指定一个verilog library的目录

     **作用：**起到 “补充” 的作用，目录下可以一坨module/UDP文件.

     相当于-v的增强版；最重要的是 可以和+libext+???结合使用！

     注意：目录名后面不用加/

  4. +libext+.???+ 在去library目录里查找module库文件时，追加.???后缀的文件也作为库文件

     **作用：**和-y 目录path结合使用，可以使查找库文件的过程更自定义。

     注意：可以追加多个格式，用+隔开就行，如：+libext+.???+.XML+ ；末尾的+加不加无所谓.

  5. +incdir+目录path 专门指定宏定义等各色头文件的目录

     目录后不用接/。

     作用：默认的include "xxxx.sv"语句，VCS并不会默认去本地工程目录下找，需要自己指定，用这个加进去…

     宏定义的文件：装的是include、package、interface、struct的结构体、parameter参数等内容；

     注意：可以指定多个文件，用+隔开就行，末尾的+随意.

  6. +define+宏名XXX=值XXX+ 定义code中宏变量；

     **作用：**相当于在代码中添加``define 宏名 值，目的是用于ifdef-else-endif`宏编译块的控制方便。

     注意：=值XXX可以爱加不加；可以添加多个宏，用+隔开就行。

• 编译模式的option

  1. -full64 在64位mode下进行 compile 与 simulation；

  2. -o filename 自定义可执行文件名；

     **作用：**不使用，则可执行文件为默认名 simv;

  3. timescale=1ns/1ns 统一定义time scale （time unit / time precision)；

     vivado是每个.v文件中，在首行写这个；vcs可以在cmd option中统一进行设置。

  4. +v2k （或-2001）使VCS支持2001年的Verilog标准；

     **作用：**verilog有三个IEEE标准：1364-1995、1364-2001、1364-2005；后面就是SV的标准了。

     一般用这个。

  5. -v95 使VCS支持1995年的Verilog标准；

  6. -sv （或-sverilog）支持SV；

     支持SV IEEE的2005版.

     SV的IEE标准有：2005、2009、2012、2017.

• 功能性option

  1. -l filename 指定log文件；

  2. -q 静音模式；

     **作用：**不输出compile过程中的弹出信息，如：C编译的信息、RTL文件一览、top module、timescale等…

  3. -R VCS link完毕后，直接自动执行仿真程序（可执行文件）

     **作用：**就不需要手动执行后续的 simv [option] 了，可以一气呵成.

  4. -ntb_opts uvm1.2 load如UVM库进行compile；

     还可以load ovm、rvm等呢.

  5. -kdb VCS在compile时生成kdb库文件

     作用：（产生sim.daidir/文件夹），里面存储了code信息，使后续verdi查看波形时可快速打开而不需要重新编译code；

     • kdb (Knowledge Database)，是一个Elaboration Database（abbr. elabDB，VCS的three-step flow中会更细的提它）；

     • 生成kdb

       是用 vcs -kdb -lca;

     • 使用kdb

       三种方式都可：

       1. verdi -ssf novas.fsdb

          让verdi打开指定波形，它会自动加载kdb；

          但是code改了以后，总是会弹窗说kdb被修改了，这还要你说嘛？就很烦…

       2. verdi -dbdir simv.daidir -ssf novas.fsdb

          多了个：手动指定了 kdb文件，verdi打开波形就不会弹窗了，清净一点~

  6. -fsdb 仿真时产生fsdb格式的波形文件

     **注意：**默认的波形文件名是：novas.fsdb；

     在compile中加此option是 不够的（你会发现波形文件在compile后没生成），要想生成波形文件，一共需要三步：

     1. 在RTL的top中写个 intial block，内写：$fsdbDumpvars;

        指定生成波形的signal.

     2. 在vcs的comiple option中写 -debug_access+all

        不然RTL中不允许写$fsdbDumpvars;，会报错；

     3. 在vcs的comiple option中写 -fsdb

        不然不会生成波形；

  7. -lca 使用些用户限制功能

     **作用：**启用VCS的一些测试不足还没有发布的功能，具体功能因release版本不同而异；

     LCA (limited customer availability)，用户受限功能.

simulate阶段

只是执行VCS compile阶段输出的可执行文件而已！

• 基本用法

  在compile、link结束后，VCS会产生二进制可执行文件 simv（默认名），运行后即可进行功能仿真。

  ./simv [各种option]

• 各种option

  常见option：

  1. -l file 指定log文件；

  2. -debug_accecss???? 以debug mode进行仿真

     作用：这样才能看波形，但是仿真速度性能会降低；若不使用此option，则为batch mode，性能更快。

     **产生文件：**此mode下，VCS会产生debug所需的文件（文件夹csrc/，包含各module的中间文件）；

     **特点：**debug mode内还分为GUI模式和命令行（UCLI）模式，根据需要的自己加后面俩开关。

     • -gui debug mode之 开gui界面（默认是DVE）；

       **作用：**但得满足，vcs compile时，加上 -debug_all.

       注意：如果有设置环境变量VERDI_HOME，就会打开verdi进行仿真.

       **前提：**是debug mode

     • -ucli debug mode之 命令行界面；

     **注意：**debug_access后面也有各种option，来只开启部分debug功能，可以自选。参数如下：

     • -debug_access+all 表启用所有信号变化(signal access)debug capability；

     • -debug_all VCS的debug功能全开！

       比 -debug_access+all 还猛。

       但如果更关注信号变化，就用-debug_access+all 更好。

  3. -dardr 指定 simv.daidir

     simv.daidir是simv执行的比较稳健

2.2 Option：three-step flow

目前不用，先略~

1. analysis阶段
2. elaboration阶段
3. simulate阶段

3 VCS的不同仿真模式

在VCS三步法中，VCS在elaboration后会产生个二进制可执行文件simv；而elaboration传入的一个配置参数，可决定simv仿真的工作模式：interactive mode、batch mode.

3.1 interactive mode (debug mode)

• 特点

  可以用GUI界面（DVE或Verdi）来进行debug，也可以用命令行界面（UCLI方式）来debug.

• 开启方式

  elaboration时，加入option：-debug_acess+all或-debug_access+r

• 用Verdi

  见【 VCS manual P125】

3.2 batch mode

• 特点

  又称为优化模式。用这个专门跑回归的，性能最快，调试能力最拉。

• 开启方式

  别用-debug_access

3.3 UCLI (也是debug mode)

• 概述

  (UCLI, Unified Command-line Interface)

  其实也是属于 interactive mode，但是命令行模式。

• 开启方式

  simv -ucli

❌ 4 波形dump细节

• 没细看

  见：

  【VCS manual P354 Verdi UCLI】

  • UCLI似乎更兼容DVE啊，我看【dve ug的手册上，写满了和ucli的联合用法】

  【VCS manual P585 VPD, VCD】

三 个人使用经验

compile阶段

include、package的使用

• VCS内编译文件 和 verilog内使用include的联系

  可以 直接在VCS的compile option中把相关的 .v 文件都加进去，那么 就不需要 include 了；

  或 只是用VCS去compile top的DUT文件，则VCS发现不认识的module后，会自动去include的头文件中找 并compile头文件。

  但不管是哪种，VCS内compile的DUT文件顺序 或 include头文件顺序都很重要！ ——得先compile子模块、得先include子模块。

  我个人习惯的compile顺序是：DUT放VCS里、UVM放package里，然后VCS里 compile顺序是 DUT -> Interface -> UVM package -> UVM top.

• import package和include的区别

  include文件：在compile时相当于 文本copy；

  import package：并不会copy文本，而是在此处 引入了package内文件的域，且 对子package无效！故子package需要使用某package时，需要重新手动import！

  例如：需要在每个子package中都添加UVM的 uvm_pkg::*;

• include中进行相对寻址、编译寻址的设置

  VCS发现不认识的module后，会去“编译环境”下根据include内的相对路径进行找.v文件。

  可用：+incdir+路径 来添加“编译环境”，可加多个，用 + 号分开；include内使用相对路径即可。

  • 也可以在makefile中，把各uvm文件夹都用+incdir+路径 加上，include时只用当前路径，但过于啰嗦；不如只在+incdir+路径 加外层的paht，然后include内用相对路径。

• +libext+.sv -y path 好像是导入库文件，但我用起来毛用没有，离谱。

• package、interface与VCS的编译关系

  这俩建议 分别 在VCS中独立compile. （synopsys lab中也是这么写的…）

  package中：

  1. import package，是改变“作用域”，故要考虑“域”是否覆盖到位——因为import入的package对子package无效，需要在子package中重新import；
  2. package中使用include，要考虑的是include的顺序，应自底向上；
  3. package内只能包class（.sv），不能包module（.v）文件.

  interface中：interface后缀是.sv，但不算OOP语法，不能在类内使用，也无法被包在package中！因为引用的是DUT的signal，故得在DUT后compile；但又在UVM前使用，故得在UVM前compile…就很烦…

• 总结

  makefile中需要写的VCS compile的内容有：

  1. DUT
  2. Interface
  3. package
  4. UVM

多么痛的领悟

• -ntb_opts uvm-1.2 后马上接DUT、UVM，它们是一起的！别夹杂别的东西！

四 FSDB 波形的dump

• 使用$dump…进行dump的过程我先略

用UCLI与DVE进行dump

• .tcl的直接写法

  要求：DVE、VCS、Verdi的版本一致才行。

  dump -type fsdb
  dump -add $(project_name) -aggregates -scope "."
  run# 或是makefile里写
  # @echo "dump -type fsdb" > $@
  # @echo "dump -add $(project_name) -aggregates -scope \".\"" > $@
  # @echo "run" > $@
  

• .tcl的格式

  dump -add <> -fid <> -depth <levels> [-aggregates] [-filter[=<>]] [-ports|-in|-out|-inout] [-power] [-fsdb_opt <>] ...

  • -fid <> 是设置file的ID——当dump的file被打开时的返回值.
  • -depth <levels> 是设置dump的scope level（仅限VPD波形格式时能用）
  • -aggregate 开启后，将会dump复杂的数据类型！
  • -filter[=<>] 开启后，只会 dump后面罗列的port信号.
  • -fsdb_opt <> 开启后，后面这些option将专门用fsdbDumpvars来进行dump.
  • 其他一些option开启后，也会专门将MOS等信号用fsdbDumpvars来进行dump.

五 波形的处理

VPD波形

• 波形文件split

  【Manual的626】 vcsplit

  • 目标文件

    VCD或VPD文件

  • 语法

    vcsplit [-o outputfile] [-scope selected_scope_or_signal] [-include include_file] [-min min_time] [-max max_time] [-level n] [-ignore ignore_file] input_file [-v] [-h]

    • input_file 输入文件名

    • -o <> 输出文件名

    • -scope <> 要单独抠出的信号范围

    • -include <> 一个文件，内装了一系列信号名或scope范围，需要抠出来的信号；一个信号占一行.

      可以和-scope一起用，取信号的“并集”.

    • -min <> -max <> 分别指要scan的开始/结束的时间

    • -ignore <> 一个文件，内装忽略、不要抠出来的信号

    • -level <数字> 要scan的hierarchy的最大层数——若没定义scan的scope、也没定义include文件，则从top开始数；定义了，就从定义的信号里的highest里开始数.

  san