引言
在复杂的芯片设计流程中，功能验证始终是确保设计正确性的关键环节。然而，随着IP复杂度与系统规模的指数级增长，传统的UVM（Universal Verification Methodology）方法逐渐暴露出性能瓶颈——冗长的测试开发周期、仿真效率低下、固件与硬件协同验证的滞后性，以及难以复用的验证内容。近期，一种名为UVM++的创新方法被提出，结合仿真器随机化测试平台（In-Emulator Randomized Testbenches），为功能验证带来了全新的可能性。本文将从技术细节到实际应用，解析这一方案的核心理念与落地价值。
UVM++：传统UVM的进化版
UVM++并非完全颠覆UVM，而是通过引入PSS（Portable Stimulus Standard）工具的能力，为UVM环境提供更高层次的抽象与自动化支持。其核心特点包括：
- 无缝集成：通过类SystemVerilog的API接口，UVM++允许验证工程师直接调用PSS功能，无需学习新语言。
- 模型驱动验证：将高价值的验证逻辑封装为可移植的图模型（Graph-Based Models），通过自动化生成自检测试用例，减少手动编写序列的负担。
- 性能优化：通过“预生成测试”与“混合反应式生成”策略，在保证灵活性的同时最大化仿真器性能。
例如，在加密IP（如AES模块）的验证中，UVM++可通过定义动作模型（如as_encrypt）自动生成覆盖寄存器配置、数据流传输和结果检查的测试场景，显著缩短开发周期。
四大核心场景：UVM++如何破局
1. 高效覆盖率闭合
传统UVM的覆盖率收敛依赖海量手动测试，而UVM++通过3D覆盖模型（顺序、组合、并发）与静态覆盖分析，提前识别未覆盖场景。例如，在显示控制器与SD卡控制器的交互验证中，UVM++可自动生成跨模块的时序组合测试，覆盖传统方法难以触达的边界条件。
2. 加速IP与子系统仿真
UVM++的“合成化验证操作系统（VerificationOS）”是关键。它通过以下方式提升效率：
- 绕过仿真编译：测试内容在模型阶段完成随机化与调度，直接加载至仿真器内存，避免传统流程中的编译延迟。
- 最小化调试数据：通过预生成的执行计划，仅收集必要信号，减少数据吞吐对性能的影响。
实际测试表明，一个包含DMA、AES和UART的多IP子系统验证，采用UVM++后仿真速度提升可达3倍以上。
3. 固件与硬件的早期协同
在芯片设计早期，固件（如摄像头驱动）通常因缺乏真实硬件而无法验证。UVM++通过轻量化验证OS层模拟硬件服务（如寄存器读写、内存分配、中断处理），使固件可直接运行在仿真环境中。例如，一段操作AES模块的固件代码可通过宏定义（如REG_WRITE）直接映射到UVM寄存器抽象层（RAL），实现“硬件未到，固件先验”。
4. SoC系统一致性的验证复用
UVM++支持从IP级到SoC级的验证内容复用。通过预置的系统一致性VIP库（如缓存一致性、电源管理场景），用户可快速构建复杂系统测试。例如，针对多核SoC的缓存一致性验证，UVM++可自动生成跨处理器的读写冲突场景，而无需从零开发测试用例。
落地挑战与最佳实践
尽管UVM++优势显著，但其落地需注意：
- 团队技能转型：验证工程师需熟悉PSS建模思想，而非仅依赖UVM序列编写。
- 工具链适配：需整合支持UVM++的EDA工具（如Breker Trekker），并优化与仿真器（如Veloce、Palladium）的交互流程。
- 混合模式策略：对无法预测DUT响应的场景，需保留部分反应式生成逻辑，平衡性能与灵活性。
某头部芯片公司的实践表明，通过分阶段迁移（从IP到子系统，再到SoC）和自动化模型检查工具，UVM++的采用周期可缩短至6个月，且验证效率提升40%以上。
未来展望
UVM++的核心理念——模型驱动、内容复用、性能优先——正在重塑功能验证的方法论。随着AI驱动的覆盖分析与更智能的测试合成技术加入，未来验证工程师的角色可能从“用例编写者”转向“场景定义者”，进一步释放创新潜力。
结语
在芯片设计日益复杂的今天，UVM++与仿真器随机化测试平台的结合，不仅是一次技术升级，更是一种思维革新。它通过抽象与自动化，将验证团队从“约束地狱”中解放，转而聚焦于更高层次的设计风险识别。对于追求“一次流片成功”的团队而言，这或许正是破局的关键一步。
参考文章：
In-emulator” UVM++ randomized testbenches for high performance functional verification
「数字芯片设计【不定期更新文件】」链接：https://pan.quark.cn/s/27331927a18e