AXI總線在FPGA設計中使用越來越頻繁，但初學的同學經常會因為對協議的理解不夠深入，寫出來的代碼經常會出現死鎖等問題，對FPGA設計與調試帶來很多不必要的麻煩。為了解決這個問題，我們可以使用Vivado生成AXI VIP（AXI Verification IP）來對自己設計的AXI接口模塊進行全方位的驗證（如使用VIP的Master、Passthrough、Slave三種模式對自己寫的AXI接口進行仿真驗證），提前規避和發現一些不滿足AXI總線規范的設計問題。本文就跟大家分享如何使用Xilinx AXI VIP對自己的設計搭建仿真驗證環境的方法。

本文參考的Xilinx官方文檔為：pg267-axi-vip.pdf。

01使用AXI VIP的幾個關鍵步驟

1.1、從IP Catalog中選擇并添加一個VIP，在這一步可以自定義該VIP的Component Name（新建完成后就很難再改名字了）。

IP添加完成就可以在tb中實例化。

1.2、在sv格式的tb中加入下面兩條import語句，第一個import是固定不變的，axi_vip對應axi_vip_pkg，axi-stream vip對應axi4stream_vip_pkg。

第二個import是導入剛才例化的vip的pkg，格式為import {Component Name}_pkg::*; 比如Component Name為axi_vip_0，則import如下圖第二行。

vivado自帶的編輯器會提示找不到import的這些pkg，但不會影響仿真。

1.3、 在tb中聲明相關的agent，使用vip的agent和它支持的一些函數就能實現仿真的功能。AXI vip支持的agent類型如下：

（AXI Verification IP v1.1 第47頁）

如果測試一個AXI Master接口，可以聲明一個自帶memory model的slave agent，結尾為mem_t：

這種自帶memory model的slave可以在執行start();之后自動生成AXI Slave時序，支持數據的寫入和讀出，也支持對memory內容的初始化和后臺讀寫操作。

1.4、Start前的初始化步驟

使用new函數將agent指定到待仿真的vip的IF上，

第二行：為agent設置一個標簽，在使用多個vip時，方便在仿真時的錯誤信息中看到是哪個vip產生的。

第三行：設置verbosity為0，為不展示詳細的仿真信息。設置為400，則會在仿真時print出詳細的仿真信息。（不常用）

第四行：啟動slave，之后slave可以根據待測的Master接口的讀寫時序產生相應的slave時序，被Master進行讀寫。

仿真過程中，如果axi或axi stream總線上的時序出現了任何錯誤，vip都會自動結束（暫停）仿真過程，仿真記錄的波形會停在總線時序出錯的位置偏后一點，控制臺中也會顯示vip對錯誤的詳細描述。

02幾個常見功能

VIP的內部功能結構、支持的仿真函數在xilinx-vip-api-2021-2中有詳細的說明。使用瀏覽器打開下圖中的文件，便可以查看到。

axi-vip和axi-stream-vip都有自帶的仿真例程，常用的功能在仿真例程中都有涉及。

2.1 設置VIP支持的Outstanding讀寫深度

例如，設置slave vip的outstanding深度為32，執行下面代碼的前兩行即可。第3~4行則是獲取agent的讀寫深度，可以以此確認前面設置的讀寫深度是否有效。

2.2 自定義ready信號

自帶memory model的slave vip可以在start_slave();之后產生slave時序，也可以通過slave的wr_driver或rd_driver，自定義ready的高低電平周期。

下圖代碼展示的是為axi產生自定義wready、awready、arready的方法。在這個initial的末尾，只是為ready信號設置了一個低電平時間為5clk，高電平時間為5clk的初始狀態。

仿真開始后，可以在每次AW（寫地址）通道握手之后，將新的awready和wready設置到agent上。在每次AR通道握手之后，將arready設置到agent上。

不能在axi的一個傳輸周期之內設置多組ready，否則vip會報出類似“太多未處理的ready”等錯誤信息，即使仿真依舊能夠進行。

2.3 Axi slave vip的memory model

使用agent.mem_model.backdoor_memory_write等函數可以繞過vip直接對memory model進行一些讀寫操作，在xilinx vip api文檔中有詳細介紹，需要注意只有帶memory model的vip才支持這類功能。

03使用自己的仿真環境

dma_sim_vivado工程中含有兩個仿真源，一個是只測試AXI與AXI-Stream通路的回環測試工程，另一個是測試DMA所有功能包括接口的仿真工程。

其中，axi_if_sim中例化了一個axi vip和一個axi stream vip，其測試內容為：

1、 填充axi stream接口的rxfifo。

2、 axi master接口將rxfifo中的數據寫入到axi vip的memory。

3、 axi master接口將ax vip中memoty的數據全部讀出，并存入txfifo。

4、 txfifo上的axi-stream master接口將txfifo內的數據以axi-stream的形式傳給axi stream vip。

5、最后比較axi stream vip接收的數據與一開始填充進rxfifo的數據是否一致，輸出仿真結果。

np_dma_sim中的vip使用基本一致，增加的內容在于使用

agent.mem_model.backdoor_memory_write為slave vip的memory預先填充了一部分DMA的描述符，方便后面的仿真使用。

審核編輯：湯梓紅