Coverage Tanımları

Gün 7: Bitirme Projesi - Bölüm 2 | ALU projesi için covergroup ve cross coverage

Coverage (kapsam), "DUT'u yeterince test ettik mi?" sorusunu ölçen bileşendir. ALU mimarimizde fonksiyonel kapsamı toplar: hangi işlemlerin, hangi operand değerlerinin ve hangi bayrak kombinasyonlarının gerçekten denendiğini sayısal olarak raporlar.

Coverage ve Mimarideki Yeri

Testlerin geçmesi tek başına yeterli değildir; önemli senaryoların uyarılmış olduğundan da emin olmak gerekir. İşte bunu functional coverage ölçer. Bu sınıf, scoreboard tarafından beslenir:

• Scoreboard her gözlenen transaction için cov.sample(actual) çağırır.
• sample, ilgili alanları alu_cg covergroup'una iletir ve kapsam noktaları güncellenir.

Sonuçta kapsam yüzdeleri, test setinin ne kadar kapsamlı olduğunu gösterir ve eksik kalan senaryoları ortaya çıkarır.

Coverpoint ve Cross Coverage

alu_cg covergroup'u şu kapsam noktalarını izler:

• cp_opcode: Sekiz işlem kodunun her birinin denenip denenmediği.
• cp_op_a / cp_op_b: Operandların köşe değerleri ve aralıkları (sıfır, bir, orta, maksimum vb.).
• cp_flags: Üretilen bayrak kombinasyonları.
• cp_result: Sonuç büyüklüğü aralıkları.

Asıl güç cross coverage'tadır: cx_opcode_a, cx_opcode_b ve cx_opcode_flags ile işlem-operand ve işlem-bayrak kombinasyonları ölçülür. Anlamsız kombinasyonlar (ignore_bins) kapsam dışı bırakılır.

Kaynak Kod

// =============================================================================
// GUN 7 - Konu 5: Covergroup - Fonksiyonel Kapsam Tanimlari
// =============================================================================

class ALU_Coverage;

  covergroup alu_cg with function sample(
    ALU_Transaction::opcode_e opcode,
    logic [7:0] a, logic [7:0] b,
    logic [15:0] result, logic [3:0] flags
  );
    option.per_instance = 1;

    // Islem kodu kapsami
    cp_opcode: coverpoint opcode {
      bins add = {ALU_Transaction::OP_ADD};
      bins sub = {ALU_Transaction::OP_SUB};
      bins and_op = {ALU_Transaction::OP_AND};
      bins or_op  = {ALU_Transaction::OP_OR};
      bins xor_op = {ALU_Transaction::OP_XOR};
      bins not_op = {ALU_Transaction::OP_NOT};
      bins shl = {ALU_Transaction::OP_SHL};
      bins shr = {ALU_Transaction::OP_SHR};
    }

    // Operand A kose durumlari
    cp_op_a: coverpoint a {
      bins zero = {0};
      bins one  = {1};
      bins mid  = {8'h7F, 8'h80};
      bins max_minus_one = {8'hFE};
      bins max  = {8'hFF};
      bins low  = {[2:8'h7E]};
      bins high = {[8'h81:8'hFD]};
    }

    // Operand B kose durumlari
    cp_op_b: coverpoint b {
      bins zero = {0};
      bins one  = {1};
      bins mid  = {8'h7F, 8'h80};
      bins max_minus_one = {8'hFE};
      bins max  = {8'hFF};
      bins low  = {[2:8'h7E]};
      bins high = {[8'h81:8'hFD]};
    }

    // Bayrak kapsami
    cp_flags: coverpoint flags {
      bins no_flags   = {4'b0000};
      bins zero_flag  = {4'b0001};
      bins neg_flag   = {4'b0010};
      bins carry_flag = {4'b0100};
      bins ovf_flag   = {4'b1000};
      wildcard bins any_flag = {4'b???1, 4'b??1?, 4'b?1??, 4'b1???};
    }

    // Sonuc araliklari
    cp_result: coverpoint result {
      bins zero_    = {0};
      bins small_    = {[1:255]};
      bins medium_   = {[256:65534]};
      bins max_val  = {65535};
    }

    // Cross coverage: Islem x Operand araliklari
    cx_opcode_a: cross cp_opcode, cp_op_a;
    cx_opcode_b: cross cp_opcode, cp_op_b;
    cx_opcode_flags: cross cp_opcode, cp_flags {
      ignore_bins not_applicable = binsof(cp_opcode) intersect {ALU_Transaction::OP_AND, 
        ALU_Transaction::OP_OR, ALU_Transaction::OP_XOR, ALU_Transaction::OP_NOT} &&
        binsof(cp_flags) intersect {4'b0100, 4'b1000};
    }
  endgroup


  function new();
    alu_cg = new();
  endfunction

  function void sample(ALU_Transaction txn);
    alu_cg.sample(txn.opcode, txn.operand_a, txn.operand_b, txn.result, txn.flags);
  endfunction

  function void report();
    $display("\n  ========== KAPSAM RAPORU ==========");
    $display("  Toplam Kapsam : %.1f%%", alu_cg.get_coverage());
    $display("  cp_opcode     : %.1f%%", alu_cg.cp_opcode.get_coverage());
    $display("  cp_op_a       : %.1f%%", alu_cg.cp_op_a.get_coverage());
    $display("  cp_op_b       : %.1f%%", alu_cg.cp_op_b.get_coverage());
    $display("  cp_flags      : %.1f%%", alu_cg.cp_flags.get_coverage());
    $display("  cp_result     : %.1f%%", alu_cg.cp_result.get_coverage());
    $display("  =====================================");
  endfunction
endclass

Kodun Açıklaması

• covergroup alu_cg with function sample(...): Kapsam grubu, dışarıdan parametre alan bir sample fonksiyonuyla tanımlanır. Böylece örnekleme tetiklendiğinde opcode, a, b, result, flags değerleri aktarılır. option.per_instance = 1 her örnek için ayrı kapsam tutar.
• cp_opcode: Sekiz işlem kodunun her biri ayrı bins'e atanır (add, sub, and_op, ...).
• cp_op_a / cp_op_b: Operandlar köşe değerlere (zero, one, mid, max_minus_one, max) ve aralıklara (low, high) bölünür.
• cp_flags: Tekil bayrak durumları (no_flags, zero_flag, ...) ve wildcard bins any_flag ile herhangi bir bayrağın set olduğu durumlar yakalanır.
• cp_result: Sonuç zero_, small_, medium_, max_val aralıklarına ayrılır.
• Cross'lar: cx_opcode_a ve cx_opcode_b, işlem × operand kombinasyonlarını izler. cx_opcode_flags, mantıksal işlemlerde anlamsız olan carry/overflow bayraklarını ignore_bins not_applicable ile dışlar.
• new(): Yapıcı, alu_cg = new() ile covergroup örneğini oluşturur (covergroup'lar açıkça örneklenmelidir).
• sample(ALU_Transaction txn): Transaction alanlarını ayırıp alu_cg.sample(...)'ı çağırır.
• report(): get_coverage() ile toplam ve nokta bazlı kapsam yüzdelerini basar.

Önemli Noktalar

• Covergroup yapıcıda new() ile örneklenmelidir; aksi halde sample çağrıları kapsam toplamaz.
• ignore_bins ile anlamsız kombinasyonların dışlanması kapsam hedefini gerçekçi tutar; örneğin AND/OR/XOR/NOT işlemlerinde carry/overflow ölçmek yanıltıcı olurdu.
• Cross coverage gerçek doğrulama gücüdür: Tekil noktalar %100 olsa bile, kombinasyonlar eksik kalabilir; cross bunu açığa çıkarır.
• wildcard bins kullanımı, bit maskeli kalıplarla (4'b???1) esnek bayrak yakalama sağlar.
• Kapsam scoreboard tarafından actual (gözlenen) değerlerle beslenir; bu, gerçekten DUT'a ulaşan senaryoların ölçülmesini garanti eder.