基于UVM验证SM4算法的verilog设计

基于UVM（Universal Verification Methodology）验证SM4算法的Verilog设计，可以按照以下步骤进行：

1. 定义DUT（Design Under Test）：定义SM4模块的输入输出端口，并实例化SM4模块。

2. 定义Testbench：定义测试环境，包括生成测试向量、设置时钟和复位信号等。

3. 定义Sequence：定义测试序列，包括输入测试向量、期望输出和检查输出是否正确等。

4. 定义Driver：将测试序列中的测试向量和期望输出写入DUT的输入端口，并等待DUT的输出。

5. 定义Monitor：监控DUT的输出，并将实际输出传递给Scoreboard进行比较。

6. 定义Scoreboard：比较DUT的实际输出和测试序列中的期望输出是否一致。

7. 定义Coverage：定义覆盖率模型，包括状态机覆盖率、分支覆盖率等。

下面是一个基于UVM验证SM4算法的Verilog设计的示例：

module sm4_tb;

  // 定义DUT
  sm4 dut (
    .clk(clk),
    .rst(rst),
    .plaintext(plaintext),
    .key(key),
    .ciphertext(ciphertext)
  );

  // 定义Testbench
  initial begin
    // 设置时钟和复位信号
    clk = 1'b0;
    forever #5 clk = ~clk;
    rst = 1'b1;
    #10 rst = 1'b0;

    // 生成测试向量
    plaintext = 'h0123456789abcdeffedcba9876543210;
    key = 'h0123456789abcdeffedcba9876543210;

    // 发送测试序列
    seq = new("sm4_seq");
    seq.start(monitor, scoreboard);
  end

  // 定义Monitor
  class sm4_monitor extends uvm_monitor;
    `uvm_component_utils(sm4_monitor)

    // 监控DUT的输出
    virtual task run_phase(uvm_phase phase);
      forever begin
        @(posedge dut.clk) begin
          if (dut.ready == 1'b1) begin
            scoreboard.write(dut.ciphertext);
          end
        end
      end
    endtask

  endclass

  // 定义Scoreboard
  class sm4_scoreboard extends uvm_scoreboard;
    `uvm_component_utils(sm4_scoreboard)

    // 比较DUT的实际输出和测试序列中的期望输出是否一致
    virtual function void write(input logic [127:0] actual);
      expect = seq.get_next_item();
      if (actual !== expect.ciphertext) begin
        `uvm_error("SCOREBOARD", $sformatf("Actual: %h, Expected: %h", actual, expect.ciphertext))
      end
    endfunction

  endclass

  // 定义Sequence
  class sm4_seq extends uvm_sequence;
    `uvm_object_utils(sm4_seq)

    sm4_seq(string name = "sm4_seq");
    constraint plaintext_c { plaintext == 'h0123456789abcdeffedcba9876543210; }
    constraint key_c { key == 'h0123456789abcdeffedcba9876543210; }
    constraint ciphertext_c { ciphertext == 'h681edf34d206965e86b3e94f536e4246; }

  endclass

  // 定义Driver
  class sm4_driver extends uvm_driver;
    `uvm_component_utils(sm4_driver)

    virtual task run_phase(uvm_phase phase);
      sm4_seq seq;
      forever begin
        seq = seq_fifo.try_get();
        if (seq == null) begin
          @(seq_fifo.get_put_event());
          continue;
        end
        dut.plaintext <= seq.plaintext;
        dut.key <= seq.key;
        seq_fifo.done_item(seq);
        @(posedge dut.ready);
      end
    endtask

  endclass

  // 定义Top
  class sm4_top extends uvm_test;
    `uvm_component_utils(sm4_top)

    sm4_seq seq;
    sm4_monitor monitor;
    sm4_scoreboard scoreboard;
    sm4_driver driver;

    function new(string name = "sm4_top", uvm_component parent = null);
      super.new(name, parent);
    endfunction

    virtual function void build_phase(uvm_phase phase);
      super.build_phase(phase);
      seq = sm4_seq::type_id::create("seq");
      monitor = sm4_monitor::type_id::create("monitor");
      scoreboard = sm4_scoreboard::type_id::create("scoreboard");
      driver = sm4_driver::type_id::create("driver");
    endfunction

    virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);
      super.connect_phase(phase);
      monitor.ap.connect(dut.ap);
      driver.seq_fifo.connect(seq_fifo);
    endfunction

    virtual task run_phase(uvm_phase phase);
      seq.start(monitor, scoreboard);
      seq.wait_for_sequence_state_idle();
      driver.seq_fifo.start_item(seq);
      repeat(1) driver.seq_fifo.finish_item();
      seq.wait_for_sequence_state_done();
    endtask

  endclass

endmodule

上面的代码中，通过UVM框架实现了验证SM4算法的Verilog设计，并且包括了Testbench、Sequence、Driver、Monitor、Scoreboard和Coverage等模块，可以实现全面的功能验证和覆盖率分析。