SoC V1.1 — IP 级验证环境资料（ISP / QSPI / PINMUX）

工程母本：/project/SOC_V1.1/To_Customer/
文档结构：每个 IP 按 ① Spec ② Testplan ③ 验证环境 ④ Test ⑤ Makefile/脚本 展开。
Spec / Testplan 详细版（推荐阅读）：
- ISP_Spec与Testplan.md — 算法、时序、需求跟踪、用例步骤、SB 规则、出口准则
- QSPI_Spec与Testplan.md — 寄存器位域、控制器 FSM、8 个用例逐步、SB 检查点
- PINMUX_Spec与Testplan.md — 复用编码、寄存器映射、SVA、形式验证用例
声明：寄存器位宽/访问属性以 ral_qspi.sv、RTL 为准；工具链路径以服务器 Makefile 为准。

0. 三个 IP 包在课程中的位置

flowchart LR
  subgraph SoC["soc/ 整片仿真"]
    Ibex --> Matrix
    Matrix --> APB["APB: UART/I2C/QSPI"]
    Matrix --> ISP_DMA["ISP+DMA 链"]
    Matrix --> SRAM
  end
  subgraph IP["To_Customer 并列 IP 包"]
    ISP["ISP/ UVM+cmodel"]
    QSPI["QSPI/ UVM+RAL"]
    PM["PINMUX/ FPV"]
  end
  ISP -.->|RTL 同源| ISP_DMA
  QSPI -.->|RTL 同源| APB
  PM -.->|pad 复用| SoC

一、ISP 验证环境

0.1 目录结构

ISP/
├── rtl/                 # DUT：isp_top、dgain、demosaic_lite、utils
│   ├── isp_top.v
│   ├── isp_dgain.v
│   ├── isp_demosaic_lite.v
│   └── rtl.f
├── cmodel/              # 参考模型源码（编译得到 isp_demosaic）
│   ├── isp.cpp
│   ├── common.h
│   └── isp_demosaic     # 已编译可执行文件（run_* 时需 cp 到运行目录）
├── tb/
│   ├── env/             # UVM：if/agent/env/monitor/scoreboard/tb_top
│   └── tests/           # isp_test.sv、isp_basic_sequence.sv
└── sim/
    ├── Makefile
    ├── dut.f            # 仅 lite 图像链 RTL
    └── tb.f

1. IP Spec 描述

完整 Spec（模块层次、算法、寄存器、时序、边界）：见 ISP_Spec与Testplan.md 第一部分。

1.1 功能与数据通路

isp_top 在 pclk 域处理 Bayer RAW 视频流，可选两级处理（由宏 USE_DGAIN / USE_DEMOSIC 与端口使能共同决定）：

flowchart LR
  IN["in_href/vsync/raw"] --> DG{"dgain_en?"}
  DG -->|1| DGain["isp_dgain"]
  DG -->|0| MUX1["vid_mux 旁路"]
  DGain --> MUX1
  MUX1 --> DM{"demosic_en?"}
  DM -->|1| Dem["isp_demosaic"]
  DM -->|0| MUX2["vid_mux 旁路"]
  Dem --> MUX2
  MUX2 --> OUT["dm_href/vsync + R/G/B"]

1.2 端口清单

1.3 与 SoC 内 ISP 的差异（集成验证必读）

2. IP Testplan

完整 Testplan（需求跟踪、用例矩阵、逐步操作、覆盖率、出口准则）：见 ISP_Spec与Testplan.md 第二部分。

边界屏蔽规则（scoreboard）：仅当 line_cnt>3、pixl_cnt>3 且 pixl_cnt<253、且金/实测均非 0 时，才比较；容差 ±2 灰度级。

3. 验证环境介绍

3.1 UVM 组件关系

flowchart TB
  T["isp_test"] --> SEQ["isp_basic_sequence"]
  SEQ --> VSQR["isp_virtual_sequencer"]
  VSQR --> SQR["isp_agent.sequencer"]
  SQR --> DRV["isp_driver → isp_if → DUT"]
  DUT --> MON["isp_monitor"]
  MON --> SB["isp_scoreboard"]
  SEQ -->|"写 isp_input.txt"| CM["./isp_demosaic"]
  CM -->|"result_r/g/b.txt"| SB

3.2 Driver 驱动时序（与波形对照）

1. 拉低各控制，等待 posedge pclk。
2. in_vsync=1 保持 10 个 pclk，再拉低（帧同步脉冲）。
3. 对 j=0..isp_height-1：
4. 对 i=0..isp_width-1：in_href=1，in_raw=pixl_data[j][i]，每像素 1 拍。
5. 再跑 isp_dummy_cycle 拍：in_href=0，in_raw=0（行消隐）。

3.3 参考模型与金文件格式

isp_basic_sequence 流程：

1. randomize 事务（默认约束：demosic_en==1，dgain_en==0，isp_width==256，isp_height==20 等）。
2. 按 RGGB 棋盘 规则填充 data_fmt / pixl_data（偶行/奇行 R、B 像素加偏移 +0x40）。
3. 写 isp_input.txt：每行 16 个 0x.. 十六进制像素。
4. 执行 $system("./isp_demosaic") → 生成 result_r.txt、result_g.txt、result_b.txt（格式同输入）。
5. start_item 驱动 DUT；monitor/scoreboard 在输出侧比对。

运行前准备：make run_isp_test 会把 ../isp_demosaic 拷入用例目录；若报找不到可执行文件，在 ISP/sim 下确认 cmodel/isp_demosaic 存在且可执行。

4. Test 介绍

当前母本 仅 1 个 uvm_test；扩展用例可复制 isp_test.sv 并改写 sequence 约束（如打开 dgain_en）。

5. Makefile 介绍（ISP/sim/Makefile）

5.1 变量

5.2 目标详解

5.3 推荐操作与排错

cd /project/SOC_V1.1/To_Customer/ISP/sim
make comp
make run_isp_test
# 波形：用例目录下 tb.fsdb（若开启 dump）

二、QSPI（APB SPI Master）验证环境

0.1 目录结构

QSPI/
├── rtl/qspi/            # apb_spi_master + fifo/tx/rx/clkgen/controller
├── tb/
│   ├── env/             # apb_agent, ral, qspi_device, scoreboard, tb_top
│   ├── tests/           # *_test.sv + *_sequence.sv
│   └── ral_gen/         # 与 env/ral_qspi.sv 同族
├── sim/
│   ├── Makefile
│   ├── dut.f
│   └── tb.f
└── read_me              # cd sim; make comp; make run_{test_name}

1. IP Spec 描述

完整 Spec：见 QSPI_Spec与Testplan.md 第一部分（模块层次、全寄存器位域、控制器 FSM、STATUS 拼装、典型事务序列）。

1.1 接口

• APB 从设备：HCLK/HRESETn + 标准 PADDR/PWDATA/PWRITE/PSEL/PENABLE/PRDATA/PREADY/PSLVERR（TB 里信号名 PCLK/PRST 等）。
• SPI 主机：spi_clk、spi_csn0~3、spi_sdo0~3、spi_sdi0~3、spi_oe0~3。
• 中断：events_o → qspi_vif.interrupt。

1.2 寄存器映射（RAL ral_block_qspi）

APB 字对齐，小端 uvm_reg_map，基址偏移如下：

SPI_CTRL 典型用法（sequence 中常见写值）：

• 0xF08：置位 QWR 等，发起四线写类传输。
• 0xF04：置位 QRD，发起读。
• 0x? + SRST：软复位 FIFO/状态（见 qspi_soft_reset_sequence）。

1.3 行为从机 qspi_device（Spec 摘要）

文件头注释定义与 scoreboard 一致的 命令字：

参数：command_width=16，addr_width=16，data_width=32（可通过 interface 配置）。内部 FSM：IDLE → COMMAND → ADDR → WDATA/RDATA_DUMMY → RDATA 等。

TB 连接：DUT 的 SDO 接 Device 的 SDI，实现环回；qspi_tb_top 中交叉连线。

2. IP Testplan

完整 Testplan：见 QSPI_Spec与Testplan.md 第二部分（QSPI-T01~T08 逐步、回归列表、出口准则）。

3. 验证环境介绍

3.1 架构

flowchart TB
  T["qspi_*_test"] --> SEQ["*_sequence"]
  SEQ --> VSQR["qspi_virtual_sequencer"]
  VSQR --> APB["apb_agent → DUT APB"]
  VSQR --> RAL["ral_block_qspi + reg_adapter"]
  DUT["apb_spi_master"] <-->|SPI 4线| DEV["qspi_device"]
  APB --> SB["qspi_scoreboard"]
  MON["qspi_monitor"] --> SB

3.2 Scoreboard 核心逻辑（读波形前先看）

• APB 写 paddr==0 且 CTRL 中 PAGE_PROGRAMMING（qspi_reg['hc][31:16]==2）且 QWR 置位：按 SPI_ADR、SPI_LEN.DATALEN 从 qspi_tx_fifo 弹出数据写入 device_data[]。
• 写 SRST 且 busy：清空 FIFO，并按长度清零 device_data 区间。
• 写 0x1c TXFIFO：push 到 qspi_tx_fifo（或 pending 写路径）。
• SPI monitor 侧与 device_data 读回比对（详见 qspi_scoreboard.sv 后半部分）。

4. Test 介绍（逐步）

4.1 qspi_reg_rw_test

• Sequence：qspi_reg_rw_sequence
• 步骤：qspi_rgm.get_registers(regs) → 对每个寄存器 write 随机数 → read 回读；SPI_STATUS/SPI_TXFIFO/SPI_RXFIFO 关闭 read check。

4.2 qspi_read_test

• Sequence：qspi_read_sequence
• 写阶段：SPI_CMD=0x00020000，随机 SPI_ADR，TXFIFO=0x12345678，LEN=0x00201010，DUM=0x00080008，CTRL=0xF08；轮询 SPI_STATUS 直到 [5:0]==1。
• 读阶段：CMD=0x00030000，CTRL=0xF04，再轮询 STATUS，读 RXFIFO。

4.3 qspi_interrupt_test

• 随机 TXTH∈[1:6]、RXTH∈[1:4]，写 INTCFG（EN=1）。
• 连续写多笔 TXFIFO，根据阈值 期望是否拉中断；不符合则 `uvm_error。

4.4 其它用例

运行：make run_qspi_reg_rw_test（+UVM_TESTNAME 与目录名、类名一致，去掉 _test 后缀的是错误理解——母本规则是 目录名 = 类名 = qspi_reg_rw_test）。

5. Makefile 介绍（QSPI/sim/Makefile）

与 ISP 同模板（comp / run_% / debug_%），区别：不需要 isp_demosaic。

cd /project/SOC_V1.1/To_Customer/QSPI/sim
make comp
make run_qspi_read_test
make run_qspi_interrupt_test

三、PINMUX 验证环境（FPV）

0.1 目录结构

PINMUX/
├── rtl/
│   ├── pin_mux.v          # 复用逻辑核心
│   ├── pin_mux_rf.v       # 复用寄存器
│   ├── pin_mux_rf_top.v   # APB 配置口
│   ├── gnrl_io_pad.v
│   ├── TPPADLRCMCUDB.v
│   └── filelist           # RTL + SVA
└── FPV/
    ├── assertion/
    │   ├── pinmux.sva           # 属性模块 sva_checker
    │   └── pinmux_vlog_bind.sva # bind 到 DUT
    └── solution/
        ├── batch.tcl
        ├── readme             # vcf -verdi -f batch.tcl
        └── results.txt        # 证明结果（运行后生成）

1. IP Spec 描述

完整 Spec：见 PINMUX_Spec与Testplan.md 第一部分（复用编码 000~100、典型 pad 表、APB 寄存器映射、SVA 逐条）。

1.1 功能

• pin_mux_rf_top：APB 配置 r_io_reuse_pad1 ~ r_io_reuse_pad20，每位 [2:0] 选择 pad 功能（SPI/UART/I2C/GPIO 等，编码见 RTL）。
• pin_mux：把内部 spi0/spi1、uart、i2c0/i2c1 等信号按复用寄存器接到 pad[24:1]。
• PAD 单元：驱动强度、输入缓冲等（工艺相关）。

1.2 与 SoC test.v 的 pad 映射（集成仿真参考）

SoC 片级 TB 对部分 pad 固定连接（便于 SPI 环回），例如：

FPV 中 sva_checker 监视的是 逻辑复用关系，不要求与 test.v 的固定映射相同，但 属性应与生成的 pin_mux 网表一致。

2. IP Testplan（形式验证）

完整 Testplan：见 PINMUX_Spec与Testplan.md 第二部分（PM-F01~F04、batch.tcl 步骤、属性评审清单、出口准则）。

注意：交付 SVA 仅示例少量属性；完整 pinmux 规格需结合 RTL 与课程讲义扩展 assert。

3. 验证环境介绍

3.1 batch.tcl 逐步说明

3.2 filelist 内容

../../rtl/TPPADLRCMCUDB.v
../../rtl/pin_mux_rf.v
../../rtl/gnrl_io_pad.v
../../rtl/pin_mux.v
-sverilog
../../FPV/assertion/pinmux.sva
../../FPV/assertion/pinmux_vlog_bind.sva
+define+INLINE_SVA

4. Test 介绍（FPV）

无动态 testbench；验证用例 = 属性集合。

5. Makefile / 运行入口

无 Makefile。标准流程：

cd /project/SOC_V1.1/To_Customer/PINMUX/FPV/solution
vcf -verdi -f batch.tcl    # 需 VC Formal + license
# 或批处理: vcf -f batch.tcl

四、IP 包 ↔ SoC 集成对照表

更完整的 整片架构、Makefile、sw/ 场景 见 SOC验证环境详解.md。

维护：母本增删 test 或改 ral_qspi.sv 偏移后，请同步更新本文寄存器表与 make run_* 列表。