从零开始讲DDR（8）——AXI 接口MIG 使用（1）

一、前言

        在之前的系列文章中，我们已经讨论过了MIG ip的接口内容，配置方式和modelsim独立仿真相关的内容，因此，本文对于之前已经讨论过的相关内容只做简单描述，着重介绍AXI 接口MIG使用上与普通ui接口的不同之处。感兴趣的读者可以自行阅读之前的相关系列文章。

二、MIG配置

        在配置上，我们选择AXI4 Interface。

        在AXI接口的选择上选择64bit，写优先模式。然后就是通过打开xilinx提供的example project，并导出modelsim独立仿真所需要的相关文件，构建自己的独立仿真工程。

三、AXI 接口MIG仿真文件解析

        从example project导出的仿真文件中，我们可以看到如下的一系列测试平台列表

3.1 sim_tb_top.sv

3.1.1 注释说明

        根据官方给出的注释说明，我们可以看到这部分的内容主要的功能是：（1）整个测试平台的顶层模块（2）例化了内存模型（3）生成了时钟和复位逻辑。

3.1.2 代码解析

        sim_tb_top.sv中首先完成了一些必要信号的定义，然后就是进行了复位信号和时钟信号的产生，接下来就是例化了example_top模块，再之后就是例化的内存模型。这里我们并不需要关心内存模型是怎么实现的，我们只需要理解在sim_tb_top中核心功能就是例化了example_top模块。

        而如果我们希望仿真我们自己独立的代码逻辑，有2种可行的方式：（1）把自己的逻辑替换example_top模块（2）注释掉example_top模块，把相关的数据线从内部逻辑转换成input/output/inout的形式，形成对外的接口，这样我们就可以把整个sim_tb_top模块当做一个例化了内存模型，能自主进行复位和时钟产生的DDR测试模型，这样把我们自己的代码逻辑接到此文件，就可以进行独立的DDR模型仿真了。

3.2 example_top

        在编写我们自己独立的DDR读写逻辑之前，学习一下官方给出的示例工程还是非常必要的，我们知道在sim_tb_top中主要的功能是例化了example_top模块，因此，我们接下来来学习example_top模块。

3.2.1 注释说明

        从注释中我们可以发现， example_top模块的主要功能是作为一个测试的顶层文件，允许用户自定义他们的设计。主要例化了DDR MIG（就是我们生成的IP）和一个可综合测试平台，用于建模用户的后端逻辑和传输不同的流量模式。

3.2.2 代码解析

        从代码角度看，首先还是一些必要参数和信号定义，然后就是实例化了一个DDR MIG的ip模型，接下来例化了一个ddr4_v2_2_8_axi_tg_top模块。tg就是Traffic Generator的缩写。

        首先可以看到的是对于 c0_init_calib_complete 信号的一个寄存，这里的主要目的是为了在c0_init_calib_complete信号拉高后，生成一个boot_mode_start的pulse信号。简单推测就是在c0_init_calib_complete拉高后，开始进行boot mode的流量测试。

        接下来就是对于ddr4_v2_2_8_axi_tg_top的例化，ddr4_v2_2_8_axi_tg_top从接口上来看，主要包含3个部分：（1）AXI tg Input control signals （2）AXI MIG接口（3）Axi tg Error status signals。AXI MIG接口相对简单，就是用来和MIG进行连接的interface。Axi tg Error status signals看起来是和debug相关的，我们后面有需要的时候再详细展开，AXI tg Input control signal这里我们稍微关注一下：

        从信号的名称来看，大概指的是这个 Traffic Generator 支持的3种模式，分别是boot，custom和prbs。这里的执行逻辑是 custom 模式暂时没有使用，首先在c0_init_calib_complete 拉高后进行boot模式，然后，在boot_mode_done之后，boot_mode_done被接到了prbs_mode_start接口上，意味着在完成boot模式后，执行prbs模式。

3.3 ddr4_v2_2_8_axi_tg_top

        接下来我们来重点关注ddr4_v2_2_8_axi_tg_top模块

3.3.1 注释说明

        这个模块实例化了boot/prbs/custom-mode_gen模块。 根据用户输入，这些模式中的任何一个都可以处于运行状态，运行模式将驱动axi_opcode_gen模块的输入，该模块为AXI 从接口测试生成符合AXI4协议的流量。

• *_mode_start->模式启动
• *_mode_stop->模式停止
• *_mode_done->为高表示用户停止模式或模式完成其表中的所有指令，可以通过断言任*_mode_start来清除

        简单判断就是提供了3种不同的模式，每种模式有各自的一组控制信号start,stop和done

3.3.2 代码解析

        首先还是进行一系列的参数和信号定义，然后我们关注下图中的代码逻辑，这里设置了running信号，用来表示当时正在执行的时什么模式。

        接下来，以running信号为依据，将正在运行的模式的相关控制信号，接到axi_opcode_gen的信号组上。

         然后就是一组模块的实例化，分别例化了boot_mode_gen，prbs_mode_gen，custom_mode_gen和axi_opcode_gen。功能分析起来也并不复杂，首先用户通过start,stop和done控制运行的模式（同一时间只能运行一种模式），然后boot_mode_gen，prbs_mode_gen，custom_mode_gen是各自模式的激励生成器，会生成对应模式的测试激励，然后根据running信号，选择对应的激励驱动到axi_opcode_gen的输入端接口，axi_opcode_gen会将激励转换成符合axi4协议规范的信号，驱动到MIG的AXI4从接口上。

        梳理清楚了核心逻辑，我们还需要关注一下最后的一部分自动化测试逻辑。

        首先是watch_dog ,它的功能是检测AXI总线是否卡死——如果超过C_TG_WATCH_DOG_MAX_CNT个时钟周期没有读写活动，触发watch_dog_hang信号，终止仿真并报错($finish)。

localparam C_TG_WATCH_DOG_MAX_CNT = 16'hFFFF;
reg [15:0] watch_dog_cnt;
wire watch_dog_enable;
reg watch_dog_rst;
wire watch_dog_hang;assign watch_dog_enable = 1'b1; // 看门狗常启// 任何AXI读写活动都会复位计数器
always@(posedge clk) beginwatch_dog_rst <= #TCQ ((axi_awready && axi_awvalid) || // 写地址通道活动(axi_wready && axi_wvalid) ||    // 写数据通道活动(axi_bready && axi_bvalid) ||    // 写响应通道活动(axi_arready && axi_arvalid) ||  // 读地址通道活动(axi_rready && axi_rvalid));     // 读数据通道活动
end// 看门狗计数逻辑
always@(posedge clk) beginif (tg_rst | watch_dog_rst) begin           // 全局复位或AXI活动时清零watch_dog_cnt <= #TCQ 'h0;endelse if (watch_dog_enable && ~watch_dog_hang && (vio_axi_tg_boot_mode_running ||     // 在TG运行模式下递增计数vio_axi_tg_custom_mode_running || vio_axi_tg_prbs_mode_running)) beginwatch_dog_cnt <= #TCQ watch_dog_cnt + 'h1;end
end
assign watch_dog_hang = (watch_dog_cnt == C_TG_WATCH_DOG_MAX_CNT); // 超时标志

        然后是错误状态记录与VIO调试接口，它的作用是记录首次发生的数据不匹配错误，并通过VIO接口输出详细的错误上下文(地址、ID、数据差异等)，方便硬件调试。类似地处理写响应错误(vio_axi_tg_write_resp_error)和读响应错误(vio_axi_tg_read_resp_error)。

// 同步错误状态到VIO(Virtual Input/Output)可观察信号
always @(posedge clk) beginif (tg_rst) begin  // 全局复位时清零vio_axi_tg_mismatch_error      <= #TCQ 0;   // 数据不匹配错误vio_axi_tg_expected_bits       <= #TCQ 0;   // 预期数据值vio_axi_tg_actual_bits         <= #TCQ 0;   // 实际收到的数据值vio_axi_tg_error_bits          <= #TCQ 0;   // 出错的数据位掩码vio_axi_tg_error_status_id     <= #TCQ 0;   // 错误交易IDvio_axi_tg_error_status_addr   <= #TCQ 0;   // 错误地址vio_axi_tg_error_status_len    <= #TCQ 0;   // 错误交易长度vio_axi_tg_error_status_size   <= #TCQ 0;   // 错误数据大小(字节)vio_axi_tg_error_status_burst  <= #TCQ 0;   // 错误突发类型endelse if(axi_tg_mismatch_error && ~vio_axi_tg_mismatch_error) begin// 捕获第一次出现的错误(Sticky Error)vio_axi_tg_mismatch_error      <= #TCQ 1;vio_axi_tg_expected_bits       <= #TCQ axi_tg_expected_bits;vio_axi_tg_actual_bits         <= #TCQ axi_tg_actual_bits;// ...其他信号赋值省略...end  
end

        接下来是仿真调试输出，用来在仿真中实时报告错误，并在测试完成后统计成功率。

// 仿真时打印错误信息
always @(posedge clk) beginif(axi_tg_mismatch_error) begin$display("ERROR::数据不匹配");$display("地址='h%h, 长度='d%0d, 数据大小='d%0d, 突发类型='b%2b",...);endelse if(axi_tg_write_resp_error) begin$display("ERROR:: 时间 %t 写响应错误", $time);end// ...读响应错误处理类似...
end// 看门狗超时终止仿真
always @(posedge clk) beginif(watch_dog_hang) begin$display("ERROR:: 看门狗超时，AXI总线无响应");$finish; // 强制结束仿真end
end// 测试结束总结
initial beginwait(prbs_mode_done == 1); // 等待测试模式完成if(mismatch_err_cnt == 0) $display("测试通过");else $display("测试失败，错误次数 = %0d", mismatch_err_cnt);$finish;
end

        最后是窄突发(Narrow Burst)断言检查，作用是当DDR控制器不支持窄突发(Narrow Burst)时，强制检查所有AXI传输的awsize/arsize是否等于全数据宽度（避免配置错误导致数据错位）。

generate 
if((C_AXI_NBURST_SUPPORT == 0) && (APP_DATA_WIDTH == C_AXI_DATA_WIDTH)) begin// 检查写请求的突发大小是否符合限制property narrow_burst_disabled_check_size_for_writes;@(posedge clk) disable iff (tg_rst) (axi_awready && axi_awvalid) |-> (axi_awsize == C_WSTRB_WIDTH_LOG2);endpropertyassert property(narrow_burst_disabled) else $error("错误：控制器不支持窄突发时发送了不匹配的AXI写请求大小(h%0h)",axi_awsize);// 读请求也有类似检查
end
endgenerate

四、小结

        至此，我们已经简单拆解了MIG AXI接口中测试文件的整体框架，首先在sim_tb_top.sv文件中例化了DDR模型和example_top。在example_top中，又例化了MIG IP和一个流量产生器ddr4_v2_2_8_axi_tg_top。在ddr4_v2_2_8_axi_tg_top中的主要功能是分别例化了boot_mode_gen，prbs_mode_gen，custom_mode_gen和axi_opcode_gen。用户通过start,stop和done控制运行的模式（同一时间只能运行一种模式），boot_mode_gen，prbs_mode_gen，custom_mode_gen是各自模式的激励生成器，会生成对应模式的测试激励，然后根据running信号，选择对应的激励驱动到axi_opcode_gen的输入端接口，axi_opcode_gen会将激励转换成符合axi4协议规范的信号，驱动到MIG的AXI4从接口上。在后面的文章中，我们将继续展开介绍boot_mode_gen，prbs_mode_gen，custom_mode_gen和axi_opcode_gen的原理。