在集成電路設(shè)計(jì)流程中，RTL（Register Transfer Level）級(jí)功能驗(yàn)證是確保設(shè)計(jì)符合規(guī)格的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Cadence JasperGold作為業(yè)界領(lǐng)先的形式化驗(yàn)證工具，通過(guò)數(shù)學(xué)化方法窮盡分析RTL代碼行為，在屬性檢查與反例生成方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，尤其在處理復(fù)雜協(xié)議和邊界條件時(shí)效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)仿真。

屬性檢查：從斷言到數(shù)學(xué)證明

JasperGold的核心能力在于將設(shè)計(jì)規(guī)范轉(zhuǎn)化為形式化屬性（Properties），并通過(guò)自動(dòng)推理引擎驗(yàn)證這些屬性是否成立。以RISC-V核心的流水線控制驗(yàn)證為例，設(shè)計(jì)人員可定義如下屬性：

systemverilog

property no_data_hazard;

 @(posedge clk)

   (pc_write && (pc_next != pc_current)) |->

   (!regfile_read1_en || (regfile_read1_addr != regfile_write_addr));

endproperty

該屬性斷言：當(dāng)程序計(jì)數(shù)器（PC）更新時(shí)，若讀取寄存器文件，其地址不應(yīng)與寫入地址沖突（避免數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)）。JasperGold通過(guò)符號(hào)執(zhí)行技術(shù)，在無(wú)需具體輸入激勵(lì)的情況下，窮舉所有可能的信號(hào)組合，數(shù)學(xué)化證明該屬性是否成立。

對(duì)于跨時(shí)鐘域（CDC）驗(yàn)證，JasperGold的CDC應(yīng)用可自動(dòng)生成亞穩(wěn)態(tài)插入流程，檢查異步信號(hào)同步是否符合雙寄存器打拍規(guī)范。例如，驗(yàn)證AXI總線的手動(dòng)同步器時(shí)，工具會(huì)檢查：

systemverilog

property sync_register_chain;

 @(posedge clk_async)

   $stable(async_signal) [*2] ##1 (async_signal_synced == async_signal);

endproperty

該屬性要求異步信號(hào)需經(jīng)過(guò)兩級(jí)同步寄存器后才能被采樣，避免亞穩(wěn)態(tài)傳播。

反例生成：精準(zhǔn)定位設(shè)計(jì)缺陷

當(dāng)屬性驗(yàn)證失敗時(shí)，JasperGold的智能調(diào)試環(huán)境會(huì)生成最小化反例（Counterexample），直觀展示違例路徑。以基于SRT算法的除法模塊驗(yàn)證為例，若定義屬性：

systemverilog

property division_latency;

 @(posedge clk)

   (ivalid && iready) |-> (##[4:20] (ovalid && oready));

endproperty

該屬性要求除法操作需在4至20個(gè)周期內(nèi)完成。若實(shí)際RTL實(shí)現(xiàn)因位寬擴(kuò)展導(dǎo)致延遲超出上限，JasperGold會(huì)生成反例波形，標(biāo)注：

輸入組合：a=0xFFFFFFFFFFFFFFFF, b=1（最大位寬除法）

違例周期：第21個(gè)周期輸出仍無(wú)效

信號(hào)軌跡：展示除法器內(nèi)部狀態(tài)機(jī)如何因迭代次數(shù)超限而延遲

這種精準(zhǔn)定位能力顯著縮短調(diào)試時(shí)間。STMicroelectronics的實(shí)踐表明，采用JasperGold CDC應(yīng)用后，每個(gè)IP的設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期可縮短2-4周，后期RTL變更減少80%。

技術(shù)融合：與仿真工具的協(xié)同

JasperGold支持與Xcelium仿真器無(wú)縫集成，形成“形式驗(yàn)證+動(dòng)態(tài)仿真”的混合驗(yàn)證流程。例如，在驗(yàn)證AXI總線協(xié)議時(shí)：

形式驗(yàn)證階段：用JasperGold證明所有傳輸滿足地址對(duì)齊、突發(fā)長(zhǎng)度等靜態(tài)約束；

仿真階段：用Xcelium運(yùn)行隨機(jī)測(cè)試激勵(lì)，覆蓋動(dòng)態(tài)場(chǎng)景（如亂序訪問(wèn)、錯(cuò)誤注入）；

結(jié)果對(duì)比：通過(guò)計(jì)分板自動(dòng)比對(duì)形式驗(yàn)證與仿真結(jié)果，確保一致性。

ARM的案例顯示，這種協(xié)同驗(yàn)證方法可提前數(shù)周發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，功能驗(yàn)證階段節(jié)省大量時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

JasperGold通過(guò)形式化屬性檢查與反例生成技術(shù)，為RTL級(jí)功能驗(yàn)證提供了數(shù)學(xué)化、窮盡化的解決方案。其智能調(diào)試環(huán)境和與仿真工具的協(xié)同能力，進(jìn)一步提升了驗(yàn)證效率。隨著SoC設(shè)計(jì)復(fù)雜度持續(xù)提升，JasperGold已成為縮短上市時(shí)間、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵工具。