数字IC实践项目（10）—基于System Verilog的DDR4 Model/Tb 及基础Verification IP的设计与验证（付费项目）

前言

在之前的博客中，推出的CNN硬件加速器的设计与实现，获得了积极的反馈。这次，我希望可以继续拓展项目，避免项目同质化，帮助更多同学在秋招中提前锁定Offer，借此推出关于DDR4接口协议、仿真模型及验证IP（Verification IP）的全新项目。

对于找工作的帮助：

1. 技术能力提升
   掌握DDR4协议和相关仿真技术，可以增强在嵌入式系统、数字IC设计和验证领域的专业能力。

2. 市场需求匹配
   内存接口在市场上有很高的需求，尤其是在AI、视频处理、高速计算和数据中心领域。

3. 项目经历展示
   该项目可以作为简历中的重要经历，展示个人技术能力和项目管理能力，帮助你在众多求职者中脱颖而出。

项目框图

1）DDR4 Verification IP

DDR4 Verification IP项目框图的结构如下：

1. DIMM_Model：该模块用于模拟DDR4内存模块的行为，主要负责对DIMM（Dual Inline Memory Module）结构及其接口进行建模。它实现了对从DDR_TOP发送的命令的处理，包括读、写和其他控制信号，并返回相应的数据。

2. Random_Stimulus：此模块的主要功能是生成随机的激励信号，以测试DDR4接口的响应能力和稳定性。通过设计多种读写模式和边界条件，Random_Stimulus能够确保全面覆盖随机读写地址及数据操作场景。

3. DDR_TOP：作为项目的核心模块，DDR_TOP负责管理DDR4的状态机，处理各类命令的执行，包括激活（ACT）、写入（WR）、读取（RD）和预充电（PRE）等操作。它依据生成的随机激励，协调命令和数据的发送与接收。同时，DDR_TOP还会严格遵循DDR4规范，避免如空读、单个bank重复激活等违规操作，确保数据传输的准确性和可靠性。

4. MEMORY_CHECK：这一模块负责对内存操作的正确性进行检查，涵盖数据完整性、时序分析及一致性验证等功能。MEMORY_CHECK会监控DDR_TOP的操作结果，确保所有读写操作符合预期，并能够及时捕捉到潜在的错误或不一致之处，为设计提供反馈。

5. DDR_CLOCK：该模块提供DDR4所需的时钟信号，确保数据传输的同步性和稳定性。DDR_CLOCK不仅负责生成基本的时钟信号，还包括时钟延迟和相位调整，从而支持不同工作频率下的性能测试。

6. DDR_VECTOR：DDR_VECTOR模块用于产生Hspice格式激励，可用于实际电路的输入和输出比较，确保电路设计的准确性。

7. DDR Interface：此模块作为DDR4内存与外部系统之间的连接桥梁，负责数据的输入和输出。它确保了数据传输的可靠性，并处理信号转换、时序匹配等问题。

8. TB (Testbench)：测试平台将所有模块集成在一起，进行全面的功能验证和性能测试。TB通过Random_Stimulus生成激励信号，监控DDR_TOP的行为，并利用MEMORY_CHECK进行结果的验证。测试平台还可以配置不同的测试场景和参数，以适应各种验证需求，确保DDR4 IP在各种条件下均能正常工作。

2）DDR4 JEDEC Model & Tb

项目额外提供一个标准JEDEC的DDR4 仿真Model及相关Tb，顶层设计如下：

1. Timing Setting table：提供1066~4000Mbps，覆盖完整JEDEC Spec速度挡位的相关Timing设定；
2. Golden behavior model： 提供JEDEC 标准DDR4的行为模型，支持Act/Write/Read/Pre/MRW/MRR等操作；
3. DDR4 interface：提供全局DDR4接口信号，例如CK/DQS/DQ/CA等；
4. testbench： 提供顶层测试模块，涵盖Power Up/Power Down/MRW/Refresh/Precharge/Activate/Write/Read等基础操作task；
5. Other：提供包含容量、位宽定义等相关项目参数定义。
   

项目文件

项目文件列表如下：

1）DDR4 Verification IP

2）DDR4 JEDEC Model & Tb

Wave&Coverage

1）DDR4 Verification IP

2KB Random Wr/Rd Stimulus

Memory check report & final rpt


Code Coverage

2）DDR4 JEDEC Model & Tb

tccds seamless wr/rd

Code Coverage

3）DDR4 IBIS model sim

input

dqs

dq

自动化脚本

1）Makefile脚本

all: run_vcs clean

TIME_SCALE = -timescale=1ps/1ps

##	-cm line+cond+tgl+fsm+branch+assert

run_vcs:
	vcs -f ddr4_tb.f \
	${TIME_SCALE} -sverilog -full64 -debug_access +all -ignore all -R -fsdb +define+FSDB -l rpt/ddr4_tb.log \
	-lca -kdb -ntb_opts \
	+npspecify \
	-reportstats -l rpt/ddr4_tb.rpt	\
	-cm line+cond+fsm+branch+assert

run:
	vcs -f ddr4_tb.f \
	${TIME_SCALE} -sverilog -v2005 -full64 -ignore all -R -gui -l rpt/ddr4_tb.log \
	-reportstats -l rpt/ddr4_tb.rpt	\

run_verdi:
	
	verdi -ssf ddr4_tb.fsdb -f ddr4_tb.f -sv &

cov:
	verdi -cov -covdir simv.vdb/ &

clean:
	rm -rf csrc DVEfiles simv* *.vpd simv *.key novas* verdi* *.log vc_hdrs.h vdCovLog *.fsdb *.vector

2）Python自动化脚本

通过python3获取pattern list，并行仿真后，收集仿真结果，部分示例如下。
pattern.list(部分）
依次为pattern name，DDR4 cfg，Speed

basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_1250
basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_1072
basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_938
basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_833
basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_750
basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_682
basic001_act_wr_rd_pre,DDR4_2G_X4,TS_625

sim.log（部分）

Log Timestamp: 2024-10-07 21:51:59
Total Count: 588
Total Pass: 588
Total Fail: 0
=================================================================
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_1250        : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_1072        : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_938         : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_833         : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_750         : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_682         : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X4_TS_625         : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X8_TS_1250        : Pass
basic001_act_wr_rd_pre_DDR4_2G_X8_TS_1072        : Pass

项目难度：⭐⭐⭐⭐⭐
项目推荐度：⭐⭐⭐⭐
项目推荐天数：28~35天

项目简介和资料

1）项目简介

本项目基于JEDEC JESD79-4 标准，完成了DDR4控制器接口的架构规划、RTL设计以及基础功能验证。整个项目分为两个主要部分：
1）基于Micron DDR4 仿真模型搭建基本DDR4协议初始化、Act、Write、Read等基础操作，帮助学习DDR4关键时序参数，快速了解DDR4 Spec，覆盖1600~3200Mbps、2 ~16G、X4/X8/X16全Spec应用场景。

2）使用System Verilog设计和测试DDR4控制器及高速接口。提供将命令、数据转换为DDR控制器和内存DDR4 DIMM使用的引脚信号电平，并在Testbench提供2Kb随机读写测试案例中用于验证DDR接口。

3）项目包含源文件、技术文档、Makefile脚本、Python脚本以及答疑，其中Python脚本支持一键搭建环境、VCS仿真、收集Report并汇总到日志文件。

4）项目还会额外提供丰富的DRAM基础资料，包含DDR4 Spec、DRAM电路设计教材、论文、专利等资料，对于有意向选择全定制存储的同学将会有一定帮助。

2）拓展资料

项目还额外提供DRAM设计相关资料，包含：
1）DRAM设计教材
2）DRAM设计论文及相关专利
3）16Gb DDR4 Hspice IBIS仿真模型及质量报告

软件环境要求

软件和EDA环境：
（1）操作系统：Centos
（2）EDA 软件：VCS-MX O-2018.09-1、Verdi_O-2018.09-SP2、HSPICE Version N-2017.12-SP2
（3）Python版本：Python 3.6.8

项目学习目的：
（1）熟练掌握复杂项目的工程管理；
（2）熟悉 Verilog HDL仿真以及Python自动化脚本工具；
（3）学习DRAM基本结构和基础原理；
（4）学习DDR4 Spec和基本时序参数；
（5）熟练掌握System Verilog语法和验证方法；

总结

整个项目涵盖了完整的DDR4控制器以及testbench设计，项目旨在设计和验证一个基于 SystemVerilog 的 DDR4 存储器模型和测试平台。项目核心包括：设计 DDR4 接口，构建模拟存储器的控制逻辑，创建测试平台（Testbench）进行功能、时序和性能验证。通过使用状态机来模拟命令和数据传输，利用 VIP 模块生成各种操作并进行协议检查，确保模型符合 DDR4 标准。在验证过程中，涵盖了读写操作、时序约束、性能测试等，确保最终验证环境全面、可靠。相对先前列出的开源和初级项目来说，整体难度偏高，适合缺少验证及高速接口相关项目经验的求职者。

特地注明：整个项目耗费较长的周期和个人精力，项目收费并且保证独一无二（性价比肯定是重要因素，毕竟都有过学生时代）。感兴趣的同学可以通过私信联系，我始终相信好的知识和项目肯定是收费的，网上也有很多类似的课程和项目，但大多数没有从完整的项目需求出发，代码和工程重复率高，不少同学往往是花了很多钱，却没有学到真正的东西。