Development of a coverage-driven cocotb-based functional verification framework for the RISC-V load-store and r-type instructions
Rısc-v yükleme-saklama ve r-tipi buyrukları için kapsam odaklı cocotb tabanlı bir fonksiyonel doğrulama ortamının geliştirilmesi
- Tez No: 956977
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İHSAN ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Modern Çip Üzeri Sistem tasarımlarının doğrulanması, artan karmaşıklık ve katı doğruluk gereksinimleri nedeniyle kaynak-yoğun bir zorluktur. Modüler ve genişletilebilir tasarıma sahip olan açık RISC-V mimarisi, özelleştirme için büyük bir esneklik sunar, ancak bu aynı zamanda işlemci komut seti uygulamalarının titiz bir şekilde doğrulanmasını gerektirir. SystemVerilog/UVM gibi geleneksel doğrulama metodolojileri, etkili olmalarına rağmen, dik öğrenme eğrilerine, yüksek karmaşıklığa sahiptir ve pahalı araç desteği gerektirir. Bu tezde, bir RISC-V işlemci çekirdeği için, özellikle RV32I ISA'nın temel aritmetik ve mantık R-tipi komutlarını ve bellek Yükleme/Depolama komutlarını hedefleyen, kapsamlı bir Cocotb tabanlı doğrulama çerçevesi sunulmaktadır. Cocotb, Python'da test tezgahları yazmayı mümkün kılan, donanım doğrulamada erişilebilirliği ve üretkenliği büyük ölçüde artıran Python tabanlı bir eş-simülasyon çatısıdır. Komut uyaranları üreten, test altındaki işlemciyi süren, davranışını izleyen ve sonuçları bir referans modele göre doğrulayan sistematik bir doğrulama ortamı tasarlamak için Cocotb'yi kullandık. Test edilen cihaz olarak açık kaynaklı PicoRV32 RISC-V çekirdeğini kullanarak, yaklaşımımız yüksek fonksiyonel kapsama ulaşmakta ve hem tüm Yükleme/Depolama testlerinin başarıyla geçtiği bellek işlemlerinin doğru bir şekilde yönetildiğini hem de aritmetik ve mantık R-tipi komut testlerinin simülasyonda başarıyla geçtiğini göstermektedir. Her bir komutun çeşitli köşe durum senaryoları altında kapsamlı bir şekilde test edilmesini sağlamak amacıyla sistematik, kapsam-odaklı uyaran üretimi ve fonksiyonel kapsama takibi için metodolojiler entegre ettik. Geliştirilen doğrulama çerçevesi modüler ve yeniden kullanılabilir olup, tüm RISC-V ISA'ya genişletilebilen ve farklı RISC-V çekirdeklerine uyarlanabilen bir şablon sunmaktadır. Bulgularımız, Cocotb'nin yazılım ve donanım doğrulama alanları arasında köprü kurmadaki etkinliğini vurgulayarak, geleneksel doğrulama çerçevelerine çevik ve uygun maliyetli bir alternatif sunmaktadır. Bu tez, Cocotb tabanlı doğrulama ortamının tasarımının, uygulamasının ve değerlendirmesinin ayrıntılı bir dökümünü sunmakta ve RISC-V donanım doğrulamasının daha geniş bağlamındaki önemini tartışmaktadır.
Özet (Çeviri)
Verifying modern System-on-Chip designs is a resource-intensive challenge due to increasing complexity and strict correctness requirements. The open RISC-V architecture, with its modular and extensible design, offers great flexibility for customization, but this also demands rigorous verification of processor instruction set implementations. Traditional verification methodologies like SystemVerilog/UVM, while effective, carry steep learning curves, high complexity, and require expensive tool support. In this thesis, we present a comprehensive Cocotb-based verification framework for a RISC-V processor core, specifically targeting the fundamental arithmetic and logic R-type instructions and the memory Load/Store instructions of the RV32I ISA. Cocotb is a Python-based co-simulation framework that enables writing testbenches in Python, greatly improving accessibility and productivity in hardware verification. We used Cocotb to design a systematic verification environment that generates instruction stimuli, drives the processor under test, monitors its behavior, and validates results against a reference model. Using the open-source PicoRV32 RISC-V core as the device under test, our approach achieves high functional coverage and demonstrates correct both handling of memory operations with all Load/Store and handling arithmetic and logic R-type instruction tests passing successfully in simulation. We integrate methodologies for systematic, coverage-driven stimulus generation and functional coverage tracking to ensure a thorough testing of each instruction under various corner-case scenarios. The verification framework developed is modular and reusable, providing a template that can be extended to the full RISC-V ISA and adapted to different RISC-V cores. Our findings highlight the effectiveness of Cocotb in bridging software and hardware verification domains, offering an agile and cost-effective alternative to traditional verification frameworks. This thesis provides a detailed account of the design, implementation, and evaluation of the Cocotb-based verification environment and discusses its significance in the broader context of RISC-V hardware verification.
Benzer Tezler
- Design & development of autonomous beach cleaning vehicle
Otonom plaj temizleme aracının tasarımı ve geliştirilmesi
MAHDI ALLAOUA SEKLAB
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SÜLEYMAN BAŞTÜRK
- Development of single-frame methods aided kalman-type filtering algorithms for attitude estimation of nano-satellites
Nano-uydularda yönelim kestirimi için tek-çerçeve yöntemlere dayali kalman-tipi filtreleme algoritmalarinin geliştirilmesi
DEMET ÇİLDEN GÜLER
Doktora
İngilizce
2021
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
PROF. DR. ZEREFŞAN KAYMAZ
- Development of an autonomous lawn mower with minimalist hardware approach
Minimalist donanım yaklaşımı ile otonom çim biçme robotu geliştirilmesi
SERKAN ÇİÇEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN
YRD. DOÇ. DR. AHMET BUĞRA KOKU
- Determination of paratransit accessibility: A methodological and empirical study of the collective fixed-route minibus system in Djibouti city
Ara toplu taşıma erişebilirliğinin belirlenmesi: Cibuti kentindeki sabit geçkili minibüs sistemi üzerine yöntemsel ve deneysel bir çalışma
MOKTAR IBRAHIM OMAR
Doktora
İngilizce
2026
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL SELÇUK ÖĞÜT