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作者：Laurent Arditi, Paul Sargent, Thomas Aird

职务：Codasip高级验证/形式验证工程师

我们在上一篇技术白皮书《基于形式验证的高效RISC-V处理器验证方法》中，以Codasip L31这款用于微控制器应用的32位中端嵌入式RISC-V处理器内核为例，介绍了一个基于形式验证的、易于调动的RISC-V处理器验证程序。它与RISC-V ISA黄金模型和RISC-V合规性自动生成的检查一起，展示了如何有效地定位那些无法进行仿真的漏洞。

RISC-V的开放性允许定制和扩展基于RISC-V内核的架构和微架构，以满足特定需求。这种对设计自由的渴望也正在将验证部分的职责转移到不断壮大的开发人员社群。然而，随着越来越多的企业和开发人员转型RISC-V，大家才发现处理器验证绝非易事。新标准由于其新颖和灵活性而带来的新功能会在无意中产生规范和设计漏洞，因此处理器验证是处理器开发过程中一项非常重要的环节。

在复杂性一般的RISC-V处理器内核的开发过程中，会发现数百甚至数千个漏洞。当引入更多高级特性的时候，也会引入复杂程度各不相同的新漏洞。而某些类型的漏洞过于复杂，导致在仿真环节都无法找到它们。因此必须通过添加形式验证来赋能RTL验证方法。从极端漏洞到隐匿式漏洞，形式验证能够让您在合理的处理时间内详尽地探索所有状态。

在本文中，我们将以西门子EDA处理器验证应用程序为例，结合Codasip L31这款广受欢迎的RISC-V处理器IP提供的特性，来介绍一种利用先进的EDA工具，在实际设计工作中对处理器进行验证的具体方法。这种验证方法通过为每条指令提供一组专用的断言模板来实现高度自动化，不再需要手动设计，从而提高了形式验证团队的工作效率。

如何使用西门子EDA处理器验证应用程序

在我们使用该工具之前，需要为Codasip L31 RISC-V内核进行形式验证设置。此设置类似于使用带有抽象、约束等基于断言的验证（ABV）方法来形式验证标准断言的设置。

该工具允许验证特定类别的指令，并启用或禁用某些资源检查。有了这个工具，我们的验证可以从一个简化的空间开始，这包括：

• 只有最简单的指令，例如只有整数运算和逻辑指令。

• 只有最简单（但最重要）的检查。例如通用寄存器的更新。稍后可以添加的其他检查指的是系统寄存器（CSR）或程序计数器（PC）的更新以及内存访问。

• 只有主功能模式：没有中断、中止、异常或调试访问。

这三个正交约束可以根据微架构特征的关键程度逐一放宽。经典的形式验证技术可用于帮助获得检查器断言的结果：抽象、设计缩减、案例拆分、不变量生成、半形式漏洞搜寻等。

结果

这种基于形式的方法使我们能够找到极端情况，并深入了解改进我们的仿真和测试平台。在其他基于仿真的验证流程运行而未发现新漏洞之后，此验证工作在项目快结束时完成，这使我们能够找到真正的和重要的漏洞。

我们可以特别关注其中的三个漏洞，它们从用于L31的西门子EDA处理器验证应用程序中找到。以下是发现和弥补这三个漏洞的具体方法：

1. 分支预测器损坏

有了这个漏洞，返回到先前持有跳转/分支指令的PC地址会导致分支预测器错误地预测跳转到另一个地址。当满足以下条件时，会发现这种极端情况：

自修改代码

当添加未定义的指令（新指令异常）时，也会出现此漏洞极其罕见的版本：

该漏洞是通过检查PC值的断言发现的，直接后果是错误地执行了一个分支指令，导致代码执行错误。通过正确清除分支预测和流水线的缓冲数据来修复此漏洞。

使用西门子EDA处理器验证应用程序查找此漏洞需要8个周期和15分钟的运行时间。在仿真中重现该漏洞需要一个支持自修改代码的随机生成器，该代码可正好返回相同的地址并将该地址从分支修改为另一种类型的指令。换句话说，随机生成器不可能做到这一点。只有知道漏洞详细信息的定向序列可以做到。

2. 同一条指令的多次执行

出现这个漏洞，NPC（下一个 PC）单元停顿就会出现，这会导致多次获取相同的地址。每条指令执行并退出。

当满足以下条件时，会出现这种极端情况：

• 内核配置有TCM。

• 在提取总线上可以看到特定的延迟。

• 在流水线内可以看到特定的停顿。

该漏洞会直接在流水线的其余部分造成未被正确处理的停顿，导致同一指令的多次执行。可以通过正确处理其余流水线中的停顿来修复此漏洞。

使用西门子EDA处理器验证应用程序查找此漏洞需要5个周期和10分钟的运行时间。在仿真中再现它需要随机延迟和停顿的随机模式，但也需要相当多的“运气”来再现这个特定序列。

3. 合法的 FENCE.I 指令被认为是非法的

出现这个漏洞，内存屏障会由CSR单元处理。如果与CSR操作的CSR地址位元对应的指令位元（位 [31:20]）与某些CSR寄存器（例如调试、计数器）匹配，则指令可能会被错误地标记为非法。

当满足以下条件时，会发现这种极端情况：

• imm[11:0]/rs1/rd 中有随机位元。

• 这些位元与其他一些非法指令相匹配。

该漏洞的直接后果是错误地引发了非法指令异常。通过正确解码流水线每个部分的完整指令可修复此漏洞。

使用西门子EDA处理器验证应用程序查找此漏洞仅用了8个周期和5分钟的运行时间。因为编译器只会创建最简单的二进制编码实现，所以很难在仿真中重现该漏洞。它需要一个特殊的编译器来创建合法编码的变体，或者使用各种编码进行特殊的定向测试。

从中发现的优势/结论

应用这种方法可以提高验证团队的工作效率。在项目的关键阶段提高效率。虽然在开始时构建正确的设置需要付出努力，但随着我们添加新的指令类别和新的检查器，进度就会加快。这个“最佳点”是我们发现大多数问题的地方，随着放宽约束以允许该工具探索更深奥的操作模式，速度就开始放缓。

图 1 验证L31 RISC-V内核的最佳效率的最佳点（来源：Codasip）

总的来说，因为使用西门子EDA处理器验证应用程序验证整个CPU所需的总体工作量远低于手动达到类似验证质量所需的工作量，所以使用该工具是相当高效的。在总共30个漏洞中，有15个是通过形式验证发现的。

表1  仿真 vs形式验证

当结合在一起到达高质量水平时，仿真和形式验证是非常强大的，并使我们能够促进改进验证的良性循环。

图 2 通过持续改进达到一流的品质（来源：Codasip）

该解决方案在Codasip L31这种3级流水线微控制器上的实施被证明是可行的，现在已部署到Codasip的下一代RISC-V内核中，包括嵌入式和应用内核。借助在L31上使用西门子EDA处理器验证应用程序积累的知识，即使应用内核更复杂，也可以减少建立稳健环境所需的工作量。而Codasip的下一步计划包括进一步研究该工具如何应用于超标量和乱序内核，以及支持新的 RISC-V 扩展。

补充阅读

• RISC-V处理器的高效验证——技术白皮书：https://codasip.com/papers/efficientverification-of-riscv-processors-technical-paper/

• 构建用于处理器验证的瑞士奶酪模型方法 - 博客文章：https://codasip.com/2022/04/29/building-a-swiss-cheese-model-approach-fo...

本文摘录于《基于形式的高效 RISC-V 处理器验证方法 – 形式化验证》白皮书，出版人为总部位于欧洲的全球领先RISC-V供应商和处理器解决方案领导者，该公司的处理器IP目前已部署在数十亿颗芯片中。Codasip通过开放的RISC-V ISA、Codasip Studio处理器设计自动化工具与高品质的处理器IP相结合，为客户提供定制计算。这种创新方法能够轻松实现定制和差异化设计，从而开发出高性能的、改变游戏规则的产品，实现真正意义上的转型。如希望得到该白皮书的完整版本，可浏览Codasip中文网站或者关注该公司微信公众号。

该技术白皮书英文版下载链接：https://codasip.com/papers/a-formal-based-approach-for-efficient-riscv-processor-verification

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三一集团（"三一"）宣布，位于中国中部湖南省省会长沙市的三一新能源工程车辆试验中心（"中心"）已投入使用。总投资超过1亿元，是全球行业首座，也是目前配套最全的新能源工程车辆专用试验基地。

SANY New Energy Engineering Vehicle Testing Center

中心占地近百亩，包括室内试验室和室外试验场，可用于同时评估20辆车的性能和可靠性。中心还拥有聚焦电机、电池、电控(HIL)、混动、氢燃料、电芯、电驱桥等技术的专用试验设备。

中心拥有20多项最新的电动化台架，为三一制造的新能源车辆进行了100多次测试。中心配备重型底盘测功机，牵引力达到120000N，轴荷承载达到35吨。此外还有一个整车高低温环境舱，体积超过2500立方米，试验温度从-45℃到70℃，配备阳光模拟系统，可进行综合评估。

中心副所长尤丽刚表示："三一努力通过建设试验中心引领全球向低碳经济转型，以提高技术可靠性并推动电池驱动工程车辆的市场创新。"

三一引领中国电气化市场

2022年，三一在中国电气化市场占据主导地位，实现了多项里程碑，包括电动起重机销售破千台，电动重卡蝉联年度销量冠军，电动搅拌车热卖1300多辆。为保持业界领先地位，三一计划建设一个新能源工程车辆试验场，以满足新能源领域日益增长的测试需求。

三一也在拥抱数字化创新，以优化其制造战略并促进企业可持续发展。三一18号工厂采用由人工智能和工业物联网驱动的自动化生产系统来应对周期性市场逆风。因此，该工厂产能提升123%,人员效率提升98%,单位制造成本降低29%。

有关三一的更多信息，请访问http://www.sanyglobal.com

稿源：美通社

6月20日至22日在美国加州圣克拉拉举行的Sensors Converge展览上将展示数个涵盖工业、HVAC以及汽车应用的全新解决方案

全球半导体解决方案供应商瑞萨电子（TSE：6723）在正式宣布收购嵌入式AI解决方案供应商Reality Analytics, Inc.（Reality AI）一年后，今日发表其在人工智能（AI）和微型机器学习（TinyML）解决方案方面的最新进展。

2022年6月9日，瑞萨宣布以全现金交易形式收购Reality AI。Reality AI广泛的嵌入式AI和TinyML解决方案，可用于汽车、工业及消费类产品的高级非视觉传感，完美适配瑞萨嵌入式处理及物联网产品。它们可为机器学习提供先进的数学方法进行信号处理，从而实现快速、高效的机器学习推理，可适用于小型MCU及强大MPU。使用Reality AI Tools^®这一个可以支持完整产品开发生命周期的软件环境，用户可自动探索传感器数据并生成优化的模型。Reality AI Tools包含分析功能，能够找到最佳传感器或传感器组合、传感器放置的位置并自动生成组件规格，并且以时域/频域的方式完全解释模型函数。

在收购发布后的短短一年内，瑞萨已推出一系列基于Reality AI技术的解决方案。以下产品将于6月20至22日在圣克拉拉会议中心举行的Sensors Converge展览上展出，瑞萨电子展位号：945号。

Reality AI Tools现在与瑞萨计算产品紧密整合，可通过内置的部件选择引擎原生支持所有瑞萨MCU和MPU。此外，还可在Reality AI Tools和瑞萨的嵌入式开发环境e2Studio之间实现自动上下文切换。

RealityCheck™电机工具箱是一套先进机器学习软件工具箱，使用电机控制过程中的电气信息来实现预测性维护、异常检测及智能控制反馈等功能的开发，无需额外传感器。它可以及早检测出系统参数中预示着存在维护问题和异常的微小波动，从而减少停机时间。该软件不仅能与瑞萨MCU、MPU及电机控制套件无缝协作，而且还和Reality AI Tools完全集成，可以大规模地创建、验证和部署传感器分类或预测模型。该功能是一个预测模型构建的工具链，开发人员可以通过Reality AI工具链轻松访问，开箱即用。

RealityCheck™ HVAC解决方案套件是适用于HVAC领域的垂直集成解决方案套件。该解决方案是一个完整的框架，包含硬件及固件参考设计、一套可用于产品设计的预训练ML模型以及一个明确的模型训练、定制和现场测试的流程，以满足特定的产品需求。这将显著提高HVAC系统的效率。

汽车SWS解决方案套件独特地将软硬件结合起来，为乘客带来更高等级的保护。该套件配备了一个MEMS麦克风阵列，可集成在组件中或放置在车顶上。使用可灵活调节放置位置车规MCU，在平价硬件上运行AI检测和定位软件。AI模型可准确检测并分类不同的威胁，对于警笛，检测距离为1.5公里，对于汽车、卡车和摩托车，距离为35米以上，对于自行车和慢跑者，距离为10米。定位功能也是通过AI模型提供的，可计算到达的角度，预测距离并检测威胁在接近，还是在远离。

各行各业的客户已将瑞萨AI解决方案用于各种应用领域。例如，ITT Goulds Pumps公司正在使用瑞萨AI技术进行数据分析。该公司监测与控制研发总监Brad DeCook表示：“瑞萨AI技术的独特功能帮助我们开发了机器诊断技术，可有效识别由剧烈振动及高温引起的设备故障。”

瑞萨电子执行副总裁兼嵌入式处理、数字电源及信号链事业部总经理Sailesh Chittipeddi表示：“随着越来越多客户在端点实现人工智能，我们相信AI和物联网的融合正在创造一个重要拐点。将Reality AI独特而强大的技术融入我们的产品阵容中，有助于我们的客户使用更少的运算和功耗，实现更快、更准确的信息处理和响应。”

成功产品组合

瑞萨已将其AI技术融入汽车、工业和物联网应用的众多“成功产品组合”中。两个从Reality AI技术中受益的解决方案示例是电机控制的振动检测和高效率且成本优化的智能热泵。这些“成功产品组合”突出展示了Reality AI技术可以实现智能检测电机异常，以进行预防性维护的应用场景，可以为客户节省大量的维修成本。瑞萨“成功产品组合”依托于相互兼容且可无缝协作的产品，同时采用经过技术验证的系统架构，带来优化的低风险设计，加快产品上市。瑞萨现已推出超过400款“成功产品组合”，旨在帮助客户加速设计过程，加快产品上市。更多信息，请访问：https://www.renesas.com/win。

更多信息

欲了解瑞萨AI解决方案的更多信息，请访问：renesas.com/reality-ai。

关于瑞萨电子

瑞萨电子（TSE: 6723），科技让生活更轻松，致力于打造更安全、更智能、可持续发展的未来。作为全球微控制器供应商，瑞萨电子融合了在嵌入式处理、模拟、电源及连接方面的专业知识，提供完整的半导体解决方案。成功产品组合加速汽车、工业、基础设施及物联网应用上市，赋能数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。更多信息，敬请访问renesas.com。关注瑞萨电子微信公众号，发现更多精彩内容。

“双碳”倡导绿色环保，通过制定长期的目标有计划地降低碳排放，既有利于引导绿色技术创新，也有助于推进产业结构和能源结构优化调整。2020年中国提出分别在2030年、2060年前实现“碳达峰”和“碳中和”。在这个过程中，除了大力发展可再生能源之外，也需要在现有产业结构的基础上，通过使用低碳甚至零碳的技术或方案，达成节能减排的目标。

双碳下的能源电力行业

“双碳”背景下的能源形势正在逐渐发生变化，2020年中国结合科技产业变革特征推出了“新基建”战略，除了交通网（城际高铁、城市轨道交通）和信息网（5G基建、大数据中心、AI、工业互联网）之外，在能源网上包括了特高压和新能源汽车充电桩。此外，“十四五”对能源的布局也让清洁能源、储能、远距离能源输送和充电桩成为热点。

未来的电网将会变得更加智能高效和节能环保，不仅会加入电力物联网，而且在每个环节都加入了储能系统。发电整合了更多的可再生能源，储能系统的加持不仅可以动态适应间歇电源和负载，也可以充当备用电源，降低再生能源缩减。输配电则采用特高压+智能变电站+配电网自动化的模式高效输送和动态调峰，增强电网稳定性，最终在用电上提升体验。

智能电网和ADI解决方案

储能系统设计及ADI解决方案

储能系统大体可以分为两类：一类是堆叠+集中式储能，应用于电网侧储能系统、充电站以及风力光伏与储能结合等场景；另一类则是单体+分布式储能，常用语应用于家庭储能、户外移动电源等这类的更分散的场景。

作为快速增长的领域，储能系统能使可再生能源更好地与电网实现整合，ADI公司为能量存储和电源转换市场提供了完整的产品和解决方案组合，包括电池管理系统（BMS）、SPI通信通道以及未来无线实施方案等。

与ADI合作了三十多年的技术型授权代理商Excelpoint世健多年来基于ADI的产品和解决方案组合，打造了多个贴近客户应用需求的解决方案并获得了市场的认可。针对ADI的储能系统产品，世健结合当前市场，重点推荐一个堆叠式解决方案（ADBMS1818+LTC6820）。

ADBMS1818是一款多单元电池堆监控器，可测量多达18个串联连接的电池单元，总测量误差小于3.0 mV，0~5 V的电池测量范围适合大多数电池化学应用，既可选择低数据采集速率以便降噪，也可多个串联来监测高压电池串。

ADBMS1818有可堆叠架构内置可逆isoSPI™接口，既可不受RF干扰保证远距离高速通信，也支持双向断线保护、同步电压和电流测量，200mA的被动电池均衡能力和9个通用数字I/O或模拟输入都是其优势，备用电池系统、电网/家庭储能以及高功率便携设备等都可应用。

LTC6820是双向SPI隔离器，既支持1Mbps高速率数据通信，也支持所有ADI isoSPI™器件，电气隔离使用标准变压器实现。此外，其优势还包括低成本单条双绞线双向接口、支持长达100米的电缆，极低EMI敏感性和辐射、超低2µA空闲电流以及自动唤醒检测等。

光伏逆变和充电桩中的功率变换及ADI解决方案

光伏逆变器可将太阳能板产生的电力转换为供家庭使用的电能，随着能源产业不断优化，光伏因为受环境影响更小会更多地参与到能源结构中来，比如电动汽车的直流充电站将会更广泛地优化成光伏、储能与直流快充高效结合的形式。

未来的功率变换需要新型电力电子技术，比如高频率+高效率、磁性元件和散热器的小型化、高功率密度+强鲁棒性以及更低的每瓦成本等，这些都和SiC密切相关。ADI公司既拥有各种产品、信号链解决方案以及专业技术储备来应对光伏设计挑战，也在不断拓展SiC合作。针对ADI的光伏逆变产品，世健结合当前市场推荐ADuM4135。

ADuM4135是一款常用于光伏逆变器的单通道栅极驱动器，专门针对驱动绝缘栅双极晶体管（IGBT）进行了优化，拥有13A的短路源电流（0Ω栅极电阻），14A的短路吸电流（0Ω栅极电阻）以及4.61A的峰值电流（2 Ω栅极电阻），输出功率器件电阻<1Ω，还支持去饱和保护。

ADuM4135不仅提供带栅极检测输入的米勒箝位，还支持输出隔离故障和就绪功能，其低传输延迟为55ns（典型值），最小脉冲宽度为50ns，工作温度范围是−40°C~+125°C。此外还有两个驱动输出管脚，可配置不同的栅极极电阻，不仅支持对开关的速率分开控制，而且电阻还可以限制驱动电流，从而降低驱动器本身的功耗。

配电物联网环境下的新应用及ADI解决方案

能源结构的优化为配电带来了自动化和物联网，配电物联网环境下的新型电气系统主要分为台区侧、分支箱侧以及用户侧三部分，无论是终端、分布式电源还是智能断路器（量测开关）都需要电能质量/电气检测。ADI公司的尖端检测、测量、通信和电源管理解决方案满足了对沿输配电线路以及微电网进行电源监测和基础设施监测，并且满足快速准确地检测和定位故障的需求。

世健推荐的ADE9430是一款完全集成的高精度、多相电能和电源质量监控器件。该器件具有出色的模拟性能和数字信号处理（DSP）内核，可在宽动态范围内实现精确电能监控。好的电能质量意味着维持额定的供电电压，包括频率和幅值变化，ADE9430是一个完整的Class S 解决方案。

ADE9430集成了IEC61000-4-30 (GB/T17626.30)兼容的电能质量特性，拥有IC+固件库，并由固件库来完成电能质量算法，既不依赖硬件在客户的控制器上运行，也能输出兼容标准要求的结果。

此外，ADE9430简化了电能和电源质量监控系统的实现和认证，能够对rms、频率、相位角度、功率因数有功、无功、视在功率和电能进行瞬时总值和基波测量，提供了完整的电源质量监控功能，应用于电能和电源监控、标准电源质量监控、智能配电单元以及三相电表等。

综上所述，Excelpoint世健认为，双碳背景下的智能电网新变化对未来的能源结构至关重要，而来自ADI的智能电网产品和解决方案既精确又高效，能帮助市场更好地迎接各类挑战。关于世健——亚太区领先的元器件授权代理商

世健是完整解决方案的供应商，为亚洲电子厂商包括原设备生产商（OEM）、原设计生产商（ODM）和电子制造服务提供商（EMS）提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。多次被权威杂志和行业机构列入全球领先分销商榜单。

世健与供应商及电子厂商紧密协作，为新的科技与趋势作出定位，并帮助客户把这些最先进的科技揉合于他们的产品当中。世健分别在新加坡、中国及越南设有研发中心，专业的研发团队不断创造新的解决方案，帮助客户提高成本效益并缩短产品上市时间。世健研发的完整解决方案及参考设计可应用于工业、无线通信及消费电子等领域。

世健拥有超过35年历史、逾700名员工，业务扩展至亚太区的49个城市和地区，遍及新加坡、马来西亚、泰国、越南、中国、印度、印度尼西亚、菲律宾及澳大利亚等十多个国家。1993年，世健在香港设立区域总部——世健系统（香港）有限公司，正式开始发展中国业务。目前，世健在中国拥有十多家分公司和办事处，遍及中国主要大中型城市。凭借专业的研发团队、顶尖的现场应用支持以及丰富的市场经验，世健在中国业内享有领先地位。