無償ツールで実践する「ハード・ソフト協調検証」(3) ―― Avalonインターフェースと検証用モデル
無償のSystemVerilog対応シミュレータと無償のFPGA用オンチップ・バス・モデルを用いて，ハードウェア・ソフトウェア協調検証の一手法について解説する連載の第3回である．今回はC言語によるテスト・プログラムの例（PCIバス）と，本連載の中で使用するAltera社の開発ツール，およびAvalonインターフェースの概要を説明する．本連載では，Avalonインターフェースの検証用バス・ファンクショナル・モデル（Avalon BFM）を利用して，Avalonインターフェース対応のIPコアを検証できる環境を構築する．（編集部）
| 技術解説シリーズ「無償ツールで実践する『ハード・ソフト協調検証』」 第1回 SystemVerilogのDPI-C機能 第2回 テスト・プログラムはC言語で書く |
5．バス・レベル検証における活用事例
ここまでで，DPI-Cを利用したC言語によるテスト・プログラムの作成の基本について説明しました．ここからは，バス・レベルの検証環境におけるC言語によるテスト・プログラムを，図4のようなPCI バス・レベルの検証環境を例に説明します．
図4 PCIバス・レベルの検証環境
リスト3にPCIバス・レベルのテスト・プログラムの例を示します．テスト・プログラムは，moduleではなくprogramを使って記述しています．programを使うことにより，DUT（実装コード）とのレース状態を回避することができます（なお，本連載で使用するModelSim Altera Edition Starterはprogram記述をサポートしていない）．
リスト3 PCIバス･レベルのテスト・プログラムの例
program pci_cpu( pci_interface bus, input logic CLK, input logic RST ); bit [31:0] addr, data, exp; initial begin addr = 32'h0000_1000; bus.write_mem( addr, size, exp ); if( data != exp ) endprogram : pci_cpu |
programでは，moduleとは違ってalways文を使用することはできないので，initial文内にテスト・プログラムを記述します．program内では複数個のinitial文を記述できますが，動作を理解しやすくするために一つのinitial文のみを使用することをお勧めします．
リスト3では，アドレス（32'h0000_1000）に4バイトでデータ（32'h0011_2233）をライトし，同じアドレスから4バイトのデータをリードし，比較しています．この例をDPI-Cを使って書き直すと，リスト4(a)のようになります．連載第2回のリスト1(a)で示したように，import宣言でC言語コードの関数の宣言を行っています．C言語コード内でSystemVerilogコードのtaskを呼ぶので，import宣言はtaskになります．export宣言ではC言語コード内で使用するtask（write_mem_bus，read_mem_bus）を宣言しています．
initial文では，C言語コードの関数（c_main）を呼び出すだけです．export宣言したwrite_mem_bus，およびread_mem_busはリスト4(a)と同じように，バス・インターフェース（bus）へのアクセス関数を呼び出すだけです．ただし，引き数のaddrとdataは32 ビットのbit 型からint 型に変更しました．リスト4(b)にC 言語コードを示します．
リスト4 リスト3の内容をDPI-Cを使って書き直したもの
(a) SystemVerilogコード
program pci_cpu( pci_interface bus, input logic CLK, input logic RST ); import "DPI-C" task c_main(); export "DPI-C" task write_mem_bus; initial begin c_main; end task write_mem_bus( input int addr, input int size, input int data ); task read_mem_bus( input int addr, input int size, output int data ); endprogram : pci_cpu |
(b) C 言語コード
#include <stdio.h> int c_main() addr = 0x00001000; write_mem_bus( addr, size, exp ); if( data != exp ) return 0; |
c_main関数内では，リスト4(a)のSystemVerilogコードと同じようにアドレス（0x00001000）に4バイトでデータ（0x00112233）をライトし，同じアドレスから4バイトのデータをリードし，比較しています．DPI-Cを使うと，このようにSystemVerilogコードとC言語コード，すなわち2種類のコードが必要になります．
しかし，テスト・プログラムの内容を変更しても，SystemVerilogコードを変更する必要はありません．変更するのはC言語コードのみです．C言語コードはシミュレーション実行時にロードするので，シミュレーションごとにSystemVerilogコードのコンパイル，およびエラボレーションを実行する必要はありません．C言語コードにラッパ関数を使った場合のコードをリスト5(a)～リスト5(c)に示します．
リスト5 C言語コードにラッパ関数を使った場合のコード
(a) ラッパ関数の定義ファイル（sv_wrapper.h）
#include "sv_export.h" read_mem_bus( addr, size, &data ); |
(b) ラッパ関数のヘッダ・ファイル（sv_wrapper.c）
| void write_mem( int addr, int size, int data ); int read_mem( int addr, int size, int &data ); |
(c) ラッパ関数を用いたC言語コード
#include <stdio.h> int c_main() addr = 0x00001000; write_mem( addr, size, exp ); if( data != exp ) |
次節以降では，Altera社が提供している開発ツール「SOPC Builder」の中で利用できるAvalonインターフェースのBFM（検証用のバス・ファンクショナル・モデル）について，DPI-Cを使ってC言語からテスト・プログラムを利用する方法を紹介します．まずは，SOPC Builder，Avalonインターフェース，Avalon BFMについて説明します．
