## 團隊
隊名 絕園的暴風雨
組長 林建圻
組員 柯柏宇
## 前言
在本文中，首先會介紹多種演算法來實現 SME 的功能，並且對使用不同演算法的電路進行電路效能分析，進而比較出不同演算法的優缺點，接著會進行電路架構的細部分析，並且在最後使用 Coverage 驗證 Testbench 的完整度以及使用 Spyglass 驗證 Coding style。
String Matching Engine 其功能為將依序提供數個字串(後文以 String 表示)及關鍵字樣本(後文以 Pattern 表示)，SME 電路需比對該 Pattern 是否包含在該 String 中，若有則回應比對成功(match)以及比對到的位置，更多細節可參考 2020 University/College IC Design Contest。
(註:AAO演算法參考其他組別)
## 設計實作摘要
|是否通過 RTL (合成前, pre-synthesis)驗證? |通過 |
| - | - |
|是否通過 gate-level(post-synthesis)驗證? |通過 |
|Clock period (ns) |20 |
|Number of cycles |451 |
|Patterns score (Pattern 正確數目) |100 |
|Area (um2) |25413\.472312 |
|Power (mW) |0\.4774 |
|Simulation time (ns)(合成後) |9020 |
|是否引用其他組的設計構想或架構? |YES |
|Coding style check and enhancement? |YES |
|Code coverage evaluation and enhancement? |YES |
## 工作分配與貢獻
## 分數
此份報告為國立中山大學的實用數位系統設計課程中的期末報告，取得106分，班上排名前三
## 設計構想報告
{%youtube mz3VBgJXZJA %}
## 期中進度報告
{%youtube GqZsPVbEH4w %}
https://www.youtube.com/watch?v=mz3VBgJXZJA&ab_channel=Kerwin
https://www.youtube.com/watch?v=GqZsPVbEH4w&ab_channel=Kerwin
## 壹、演算法
### Brute Force
#### 資料存放
當 isstring 為 1 時，會將 String 中的字元放入 Str\_reg，而 Str\_reg 有 33 個空間，Str_reg[0]和第 Str\_reg[33]個位置會固定存放空白，目的是為了「^」與 「$」的比對。當 ispattern 為 1 時，會將 Pattern 中的字元放入 Pat\_reg，Pat\_reg 有 8 個空間。
#### 一般比對方式
首先會將 Pattern 的開頭 Pat\_reg[0]作為起始位置，當前的起始位置就是比對位置，與 String 做比對，當起始位置比對成功時，會由起始位置的下一個字元做為比對位置，當比對位置比對成功時，會將比對位置移到下一個字元，若比對失敗會將比對位置返回起始位置，當 Pattern 全部比對完或是起始位置比對到 String 的底部時，就會輸出比對結果。
#### 特殊字符「**.**」
當比對位置的字元是「.」時，會無條件比對成功。
#### 特殊字符「**^**」
因為「^ 」只會在開頭出現，所以當偵測到「^」出現時，Pattern 要從 Str\_reg[0]開始比對，接著會將「^」轉換成「 」後，後續的比對方式與一般比對方式相同。
#### 特殊字符「**$**」
當偵測到「\$」出現時，會將「\$」轉換成「」後，後續的比對方式與一般比對方式相同。
#### 特殊字符「**\***」
當偵測到「\*」出現時，會將起始位置從 Pat\_reg[0] 改為「\*」後面的字元，接著與一般比對相同，當「\*」後面的字元比對成功時，就代表比對成功。
### **Shfit Or**
首先要對 Pattern 的每一個字元進行編碼，編碼長度會是 Pattern 的長度，當字元在 String 有出現時，會根據對應的位元編碼為 0，字元在 String 沒有出現時，會根據對應的位元編碼為 1，當Pattern 的所有字元的編碼完成時，會同時將 Pattern 中沒有出現的字元編碼為 1，不過會需要龐大數量的 Flip-Flop 來對 每一個字元的編碼結果做儲存，編碼的結果稱為編碼表。
比對的運算會需要一個輸出 out，out 的初始值會將所有位元填為 1。運算程序會先將 out 左移 1bit，接著將 Pattern 編碼後的字元與 out 進行 or 運算，當 Pattern 數量對應的 out 位元為 0 時，就表示比對成功。
### **AAO**
#### 一般比對方式
當 isstring 為 1 時，會將 String 中的字元放入 Str\_reg，當 ispattern 為 1 時， 當 chardata 在輸入的同時，會同步進行比對運算，ispattern 為 0 時就會輸出結果。
當 chardata 輸入進來時，會將 chardata 與 String 中的每一個字元做比對， 當比對成功時，會將對應位元設為 1，反之設為 0，結果存放在 match\_line， match\_line 的位元數為 34 bit，match\_line[0] 和 match\_line[33] 會設為 0，目的是 用於「^」和「$」的比對。
接著會將 match\_line 右移 count\_p，count\_p 為計算當前是第幾個 chardata 的計數器。
再將 match\_line 與 match\_reg 做 and 運算，match\_reg 的初值由 34bit 全為 1 組成，match\_reg 的用途是暫存比對結果，當 ispattern 為 1 時，會持續進行比對 運算並且將結果存在 match\_reg，當 ispattern 為 0 時，會輸出比對結果。
當 match\_reg 中存在 1 時，就表示比對成功，因此將 match\_reg 本身做 or 運算，可以得到 match 的結果，match\_index 則是根據 match\_reg 最先出現 1 的 位元，輸出對應 match\_index。
#### 特殊字符「**.**」
當輸入的 chardata 為「.」時，match\_line 除了 match\_line[0] match\_line[33] 以外都會設成 1，表示直接比對成功。
#### 特殊字符「**^**」
當輸入的 chardata 為「^」時，會將與 String 比對的字元換成「 」再以相 同的方式得到 match\_line。
#### 特殊字符「**$**」
當輸入的 chardata 為「$」時，會將與 String 比對的字元換成「 」再以相同的方式得到 match\_line。
#### 特殊字符「**\***」
當輸入的 chardata 為「\*」時，若此時 match=0 時，表示「\*」前比對不成功，此時會 match\_line 會為 0，因為比對不成功。
若此時 match=1 時，表示「\*」前比對成功，接著只要「\*」後面比對成功，match 就會為 1，因此需要清除前面已經比對成功的結果，接著後面的比對方式與一般比對相同。當「\*」出現在 Pattern 的最前面時，因為前面並沒有字元，match 不會為 1，所以也會執行與「\*」前比對成功一樣的過程。
### 演算法比較
Brute Force 的比對方式簡單，但相對來說也會需要較多的 Cycle 數來進行比對，時間複雜度最差可以來到 m\*n，不過它的面積較小，且較容易實現其他特殊字符的比對，因此有較佳的擴充性，而且在電路架構上也更具彈性，可以利用多個比對器，採用平行運算的方式來減少 Cycle數。
Shift or 因為需要進行編碼，以及將編碼的結果進行儲存，甚至會對所有的字元進行編碼，無論字元是否有出現在 String 或 Pattern 中，會造成大量的 Flip- Flop 產生，也有資源浪費的問題存在。在資源的大量消耗下，原本預期的時間複雜度為 m+n，可以帶來較低的 Cycle 數，但是後來發現到 m+n 雖然看起來相對 Brute Force 的 m\*n 少很多，但是由於 String 和 Pattern 長度較短，而且 Brute Force 在實際比對時會根據 String 的複雜程度造成 Cycle 數的增減，因此在某些情況下 Brute Force 的 Cycle 數甚至會少於 Shift or，也就造成最後 Shift or 的 Cycle 數甚至與 Brute Force 相近。
AAO 的特色在於讀取 Pattern 的 Chardata 時，會同時與 String 進行比對， 在 Pattern 讀取結束後可以立刻輸出比對結果，而且不需要狀態機，使他擁有最小可達到的 Cycle 數。AAO 也會有編碼的運算，不過相較 Shift or 來說，編碼所需要的資源與 Cycle 數都小非常多，利用編碼後的結果可以很高效的運算出 比對結果。
||Brute Force |Shift Or |AAO |
| :- | - | - | - |
|時間複雜度|M\*N |M+N |N |
|面積 |小 |大 |小 |
|Cycle 數 |中 |中 |小 |
註 1：M 為 String 的字元個數，N 為 Pattern 的字元個數
## 貳、電路分析
### 邏輯合成流程說明與合成參數
### **BF\_v1**
#### 面積與邏輯閘數量
合成後面積約為 22211um2，gate count 約為 4443 個 NAND
#### 電路運算 **cycle** 數目和 **Score(Pattern** 正確性**)
Cycle 數為 1771，Score 為 100
#### 延遲與最長路徑標示
Clock 週期設為 20 ns，可以看到 data arrival time 為 14.09ns，而 data required time 為 20.11ns，slack 為 6.02ns。
#### 功率消耗
Dynamic Power 約為 450.2095 uW，Leakage Power 約為 16.7059 uW
### **BF\_v2**
基於 BF\_v1，起始位置比對使用多個比較器
#### 面積與邏輯閘數量
合成後面積約為 36384 um2，gate count 約為 7277 個 NAND
#### 電路運算 **cycle** 數目和 **Score(Pattern** 正確性)
#### 延遲與最長路徑標示
Clock 週期設為 20 ns，可以看到 data arrival time 為 16.36ns，而 data required time 為 20.09ns，slack 為 3.73ns。
#### 功率消耗
Dynamic Power 為 487.6187 uW，Leakage Power 為 23.0339 uW
**BF\_v3**
基於 BF\_v2，使用多個比較器對起始位置後的字元進行平行比對
#### 面積與邏輯閘數量
合成後面積約為 40889um2，gate count 約為 8178 個 NAND
#### 電路運算 **cycle** 數目和 **Score(Pattern** 正確性)
#### 延遲與最長路徑標示
Clock 週期設為 20 ns，可以看到 data arrival time 為 15.36ns，而 data required time 為 20.1ns，slack 為 4.74ns。
#### 功率消耗
Dynamic Power 為 513.4961 uW，Leakage Power 為 28.8539 uW
### **AAO**
#### 面積與邏輯閘數量
合成後面積約為 25413.472312um2，gate count 約為 5083 個 NAND
#### 電路運算 **cycle** 數目和 **Score(Pattern** 正確性)
#### 延遲與最長路徑標示
Clock 週期設為 20 ns，可以看到 data arrival time 為 20.9ns，而 data required time 為 20.5ns，slack 為 0.04ns。
#### 功率消耗
Dynamic Power 為 452.6618 uW，Leakage Power 為 24.7483uW
#### 比較
BF\_v1 的面積最小，在一般比對的情況下，只使用一個比較器進行比對， 相對而言 Cycle 數就是最大的，而 BF\_v2 採用平行運算的電路架構，在一般比對的情況下，會使用 6 個比較器和加法器來進行起始位置的跳躍，但是因為進行跳躍會有邊界的問題產生，因此需要額外的小於比較器以及加減法器進行邊界判斷。所以導致 BF\_v2 的面積相對 BF\_v1 上升了 63.8%，而 Cycle 數相對 BF\_v2 下降了 37.2%，Cycle 數下降的比例並沒有面積上升的多，因此也導致在分數的表現上 BF\_v1 還是較佳。
BF\_v3 基於 BF\_v2 的架構上，除了對起始位置進行平行運算，也對起始位置後的字元比對進行平行運算，因此在一般比對的情況下，多使用了 7 個相等比較器和加法器，且同樣會需要額外的小於比較器和加法器來進行邊界判斷， 所以 BF\_v3 相對 BF\_v2 的面積上升了 12.37%，而 Cycle 數下降了 14.45%，因此分數上升了 0.019%，在分數上兩者相距不大，而 BF\_v1 的分數還是較佳。
最後採用 AAO 的電路，雖然在一般比對的情況下，會使用到 32 個相等比較器，但是因為沒有狀態機以及儲存 Pattern 的暫存器，使面積略大於 BF\_v1， 但是 Cycle 數為所有電路架構中最小的，因此分數也是最高的。
||BF\_v1 |BF\_v2 |BF\_v3 |AAO |
| :- | - | - | - | - |
|面積(um2) |22211 |36384 |40888 |25414 |
|Cycle 數 |1771 |1291 |1128 |451 |
|分數 |0\.0254 |0\.0213 |0\.0217 |0\.0873 |
## **參、架構介紹與說明**
### BF架構
#### 資料輸入
Chardata 會根據 istring 和 ispattern 訊號存入不同記憶體，當 istring = 1 存 入 MEM string， 當 ispattern = 1 存入 MEM pattern，同時，特殊字元檢測會檢 測 Chardata 是否為特殊字元，並執行對應的處理，後將結果送入 MEM 。
#### 記錄字元數
Counter 會在 char 輸入的同時，根據現在的輸入狀態是 isstring 或 ispattern 記錄 string 和 pattern char 的數量，並存入對應的暫存器，isstring = 1 存入 Str\_num ，ispattern =1 存入 Pat\_num 。
#### 比對與輸出
FSM2 (有限狀態機 2) 會依據比對的情況使用 Check\_T 或 Check\_N 比較 器，Check\_T 用來找出首位符合比對要求的字符，Check\_N 用來找出下一個符 合比對要求的字符。
Comparator output 負責比對 output 結果與輸出時機，當 Number of match = pattern number 時，表示所有 pattern 都被比對到，輸出 match =1 ，valid = 1 以及對應的 match index；相對的，當比對失敗且 string 全都比對過，則輸出 match =0 ，valid = 0，match index 為任意值(根據電路比對過程)。每次的比對和輸出結果都會送回 FSM2 作為下次狀態判斷的依據。
### 狀態機
#### FSM1 (有限狀態機1)
FSM1 主管電路的主要狀態轉換，狀態從 INIT 開始，根據 isstring 和 ispattern 進入不同資料輸入狀態，當 isstring =1 進入 input string reg，當 ispattern =1 進入 input pattern reg，後進入 Match 狀態進行字符比對，比對結束後進入狀態 DONE，將結果輸出給 HOST，狀態回到 INIT 。
#### FSM2 (有限狀態機 2)
FSM2 主管比對模塊的狀態轉換，狀態從 S1 開始，先進入 S2 狀態找第一 個比對成功的字符，找到後進入 S3 找下個比對成功的字符，如果失敗則回到 S1。當 string 都比對過或 pattern 字符全都比對成功時回到 S1。
### AAO 架構
#### 資料輸入與前處理
當 isstring = 1 時，string char 會通過 mux 進入 string reg 中儲存；當 ispattern = 1 時，pattern char 會通過 mux 進入比較器與 string reg 進行比對，並將結果存於 match\_line reg 中。 同時，counter 會分別記錄 string char 的數量與 pattern char 輸入的次數，將結果分別存於 str\_num 和 count\_pat 中。
#### 比對與結果輸出
Match_line 的資料會進入 shift 電路進行右移，資料右移 Count\_pat 次後與 Match reg 進行 AND 運算，將結果存於 Match reg，最後通過 OR 運算輸出 match 與通過 DECODER 輸出 match index。
#### 星號模式開啟
當 pattern char == star 時，match reg 旁的 mux 會開啟，並將第二次比對進 行所需的數據傳給 match\_reg，同時重置 count\_pat。 最後仍通過 OR 運算與 DECODER 分別輸出 macth 和 match index。
#### 控制線判斷電路
##### valid控制
valid 控制由一個 mux 控制，只有 reset 時才會歸零，其餘時間為高位。
##### 特殊字元檢測器
檢測特殊字元 $錢、^帽子、\*星號、星號位於首位等情況是否發生，發生時訊號為 1 ， 未發生時訊號為 0 。
## 肆、Testbench與驗證完整度
藉由輸入不同組合的 pattern ，以此驗證各種情況下的正確性。並搭配 IMC coverage 結果，對 testbench 進行調整。
#### 驗證流程
先撰寫 RTL code，進行 pre\_sim， 通過則接續進行 corner case、spyglass 驗 證，未通過則調整 RTL 重新驗證。通過後進行 IMC 驗證，未通過則調整 tb， 重新驗證。合成後進行 post\_sim，未通過則調整 RTL 重新進行驗證流程，通過則驗證流程結束。
#### Corner case
可分為以下幾種情況
##### 1. 相似語句:出現相似語句
- String: pen pan
- Pattern : pen
##### 2. 重複語句:重複同樣的語句
- String: pen pen pen
- Pattern : pen
##### 3. 重複與相似語句 **:** 同樣與相似的字句重複出現
如以下例子:
- String : pen pen pan pan pen pan
- Pattern 1 : pen
- Pattern 2 : pan
- Pattern 3 : p.n
- Pattern 4 : .p.n
- Pattern 5 : ^p.n
- Pattern 6 : p.n$
- Pattern 7 : ^p.n$
##### 4.Pattern 由特殊字符組合: ^ $ \* . 四者交互搭配
- 如 : 「\^\.\$」、「\^\.\*.\$」、「\^\.\.」、「\*.\$」、「\^\.\*」、「\..\$」
##### 5. 單一字符
- String : 只有一個字符，如: 「N」
- Pattern: 只有一個字符，如: 「N」、「.」、「^」、「$」、「\*」
##### 6. 填滿字符
- String: 填滿 32 個字符
- Pattrn : 填滿 8 個字符
#### 字符與輸出訊號解答資料表
|字符與輸出訊號解答資料表||||
| - | :- | :- | :- |
|TYPE |match |Match index |CONTENT |
|str1 |||corner-case verification , pass? |
|pat1 |1 |8 |a |
|pat2 |0 |0 |b |
|pat3 |1 |c |verifica |
|pat5 |1 |c |^verific |
|pat6 |0 |0 |verific$ |
|pat7 |0 |0 |^verifi$ |
|pat8 |1 |19 |^.$ |
|pat9 |0 |0 |^..$ |
|pat10 |0 |0 |^...$ |
|pat11 |0 |0 |^....$ |
|pat12 |1 |1b |^.....$ |
|pat13 |0 |0 |^......$ |
|pat14 |1 |0 |...\*... |
|pat15 |1 |0 |\*.... |
|pat16 |1 |0 |...\* |
|pat17 |1 |0 |^.\*.$ |
|str2 |||pen pan pem pen pan pem |
|pat1 |1 |0 |pen |
| - | - | - | - |
|pat2 |1 |4 |pan |
|pat3 |1 |8 |pem |
|pat4 |1 |3 |.p.n |
|pat5 |1 |0 |p.n |
|pat6 |1 |0 |^p.n |
|pat7 |1 |0 |p.n$ |
|pat8 |1 |0 |^p,n$ |
|pat9 |1 |0 |p\*n |
|str3 |||a |
|pat1 |1 |0 |a |
|pat2 |0 |0 |b |
|pat3 |0 |0 |abca |
|pat4 |1 |0 |^.$ |
|pat5 |0 |0 |^ |
|pat6 |0 |0 |$ |
|pat7 |1 |0 |\* |
|pat8 |1 |0 |. |
|pat9 |0 |0 |p |
|str4 |||123456–123-789 |
|pat1 |1 |6 |– |
#### 波型展示
**STR 1: corner-case verification , pass?**
Isstring = 1 時， string char data 成功寫入
**PAT1: a**
預期：(match , match index) = (1 , 08)
取得：(match , match index) = (1 , 08)，結果: 正確
**PAT2: b**
預期：(match , match index) = (0 , 00)
取得：(match , match index) = (0 , 00)，結果: 正確
**PAT3: verifica**
預期：(match , match index) = (1 , 0c)
取得：(match , match index) = (0 , 0c)，結果: 正確
**PAT5~ PAT12:**
<table><tr><th colspan="1"></th><th colspan="1">type </th><th colspan="1">match </th><th colspan="1">match index </th><th colspan="1">char </th><th colspan="1">正確性 </th></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat5 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">c </td><td colspan="1">^verific </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">c </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat6 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">verific$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat7 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">^verifi$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat8 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">19 </td><td colspan="1">^.$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">19 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
<table><tr><th colspan="1">預期 </th><th colspan="1">pat9 </th><th colspan="1">0 </th><th colspan="1">0 </th><th colspan="1">^..$ </th><th colspan="1" rowspan="2">O </th></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat10 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">^...$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat11 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">^....$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat12 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">1b </td><td colspan="1">^.....$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">1b </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
**PAT13~ PAT17:**
<table><tr><th colspan="1"></th><th colspan="1">type </th><th colspan="1">match </th><th colspan="1">match index </th><th colspan="1">char </th><th colspan="1">正確性 </th></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat13 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">^......$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat14 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">...*... </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat15 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">*.... </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat16 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">...* </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
<table><tr><th colspan="1">預期 </th><th colspan="1">pat17 </th><th colspan="1">1 </th><th colspan="1">0 </th><th colspan="1">^.*.$ </th><th colspan="1" rowspan="2">O </th></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
**STR2 : pen pan pem pen pan pem**
**PAT1~ PAT9:**
<table><tr><th colspan="1"></th><th colspan="1">type </th><th colspan="1">match </th><th colspan="1">match index </th><th colspan="1">char </th><th colspan="1">正確性 </th></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat1 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">pen </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat2 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">4 </td><td colspan="1">pan </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">4 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat3 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">8 </td><td colspan="1">pem </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">8 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat4 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">3 </td><td colspan="1">.p.n </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">3 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat5 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">p.n </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat6 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">^p.n </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat7 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">p.n$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
<table><tr><th colspan="1">預期 </th><th colspan="1">pat8 </th><th colspan="1">1 </th><th colspan="1">0 </th><th colspan="1">^p,n$ </th><th colspan="1" rowspan="2">O </th></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat9 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">p*n </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
**STR3 : a**
**PAT1~ PAT9:**
<table><tr><th colspan="1"></th><th colspan="1">type </th><th colspan="1">match </th><th colspan="1">match index </th><th colspan="1">char </th><th colspan="1">正確性 </th></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat1 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">a </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat2 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">b </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat3 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">abca </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat4 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">^.$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
<table><tr><th colspan="1">預期 </th><th colspan="1">pat5 </th><th colspan="1">0 </th><th colspan="1">0 </th><th colspan="1">^ </th><th colspan="1" rowspan="2">O </th></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat6 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">$ </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat7 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">* </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat8 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">. </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat9 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">p </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1">0 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
**STR4 : 123456–123-789**
**PAT1:**
<table><tr><th colspan="1"></th><th colspan="1">type </th><th colspan="1">match </th><th colspan="1">match index </th><th colspan="1">char </th><th colspan="1">正確性 </th></tr>
<tr><td colspan="1">預期 </td><td colspan="1">pat1 </td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">6 </td><td colspan="1">– </td><td colspan="1" rowspan="2">O </td></tr>
<tr><td colspan="1">取得 </td><td colspan="1"></td><td colspan="1">1 </td><td colspan="1">6 </td><td colspan="1"></td></tr>
</table>
## 伍、**Spyglass**
### 第一部分: AAO 電路的 spyglass message 結果
#### Design read error
SYNTH\_5255、 Error AnalyzeBBOX
(不影響 RTL 和合成後模擬的正確性)
(在現有架構下，不好解決)
#### Lint warning
match\_line is assigned multiple times (電路正常的現象)
#### Spyglass 完整訊息
【原因】: 由於寫法架構的限制，讓比對時可能會發生 index 超出 string 暫存器的邊界，進而導致錯誤。以下圖為例，str\_reg 和 match\_line 是 34 bytes 的 MEM，而 str\_num 根據電路先前的運作，最高可達 34，會超出上述兩個 MEM 的邊界，然而受制下圖的 for loop 還有控制其他電路，因此如不更改電路架構，則難以改善超出 MEM 的 index 邊界的問題。
****問題寫法 示意圖****
【解決方法】: 改變電路架構和寫法，index 數不同的電路分開撰寫
### 第二部分: 遭遇問題與解決方法
#### 錯誤訊息
##### 1. **blocking error**
【原因】: 在 sequential circuit 中，用 blocking 描述都會出現這個錯誤
【描述】: 在 sequential circuit 中使用 blocking 描述
【解決方法】: 把 blocking 描述改成 non-blocking 描述。
****出錯的程式碼 示意圖****
****修改後的程式碼 示意圖****
##### 2. combinational loop exist
【描述】: 產生 combinaitonal loop
【解決方法】: 不要使用會產生 combinational loop 的寫法，如在 combinational circuit 中使用 feedback。
此種寫法會產生 combinational loop
可能產生問題**:**
RTL 模擬正常，但合成後的模擬訊號異常，準位與預想不同，並且持續發
生不希望的訊號變化。如下圖所示
##### 3.inferlatch
【原因】: 當某個訊號未完整被定義時，預設為任意值，也就讓 latch 功能
產生，故當訊號未定義完全就會出現 latch。
【描述】: 出現 latch
【解決方法】: 填滿 if 語句 或 case 語句 ， 或事前電路規劃完善，不要產生一定需要使用 latch 的情形。
##### 4. SYNTH\_5255
【原因】: 使用 for loop 對 MEM 某個暫存器進行定義時，其 index 超出暫存器或 MEM 的範圍。
【補充】: 因 index 超出暫存器部分屬不合法，故超出部分不能進行合 成，所以出現不能合成的警告，Error AnalyzeBBOX 與 SYNTH\_5255 是聯動錯誤。
【描述】: index 超出 reg 宣告數量，此部分不可合成
【解決方法】: 調整 for loop 邊界定義，或是調整暫存器的大小。
出錯程式碼與可進行調整部分 示意圖
#### 警告訊息
##### 1. **multiple assign**
【原因】: 在同個 always block 中，上半段對狀態機中的訊號定義，但下半 段又對狀態機中的訊號進行定義，進而出現重複定義的問題。
【描述】: 在同個 always block 中，done 變數被重複定義
【解決方法】: 事前設計規劃上，「控制模塊」 與 「工作模塊」要分開 寫，只在控制模塊中清楚定義每個狀態或某個情況下的訊號值為多少，清楚定 義且只在單一模塊進行宣告，就可避免 multuple assign 的產生；或是不要在同 個 always block 進行重複宣告。
##### 2. **asynchronous reset**
【原因】: 循序電路宣告時，除了 clk 外，還使用 reset 進行宣告
【描述】: 出現非同步的 reset 訊號 對進行控制進行控制
【可能產生問題】: 輸入 flip-flop 的 EN 啟動訊號不乾淨，會有延遲現象 產生，這是我們不樂於看見的，如以下電路示意圖。
【解決方法】: 不要使用非同步寫法，改用以下電路的實現方式。
##### 3. reg is always assigned over the same signal
【原因】: 想要保持暫存器永遠為某個常數時，就可能出現此警告。
【描述】: 對同個暫存器持續定義相同的常數值
【解決方法】: 如果是電路必要的實現方式，可忽略此警告；如果不是， 請不要進行這種定義宣告，如下圖所示。
##### 4. **unequal length in anthnetuc comparison operator**
【原因】: 進行大小等於邏輯比較時，兩側的暫存器 bits 數不相等。
【描述】: 進行比較的變數的 bit 數不相等
【解決方法】: 調整變數的 bits 數，使兩側的 bits 數相等，如下圖 match[2:0]，就是選取適當的 bit 使 match\_num[2:0] 與 pat\_num 的 bits 相等。
## 陸、Code coverage
#### 第一部分: AAO 電路的 IMC message 結果
Overall average grade 100%
Imc 電路完整度訊息 (a)
Imc 電路完整度訊息 (b)
#### 第二部分: 遭遇問題與解決方法
最初完整度訊息
##### 1. Toggle
驗證度不完全的變數
此驗證不完全的訊息，發生原因可分為兩種可能性，
1) 變數沒用到
=> 評估變數的使用性，如無用則刪除
2) 暫存器某 bit 或 byte 沒用到
=> 調整 testbench ，使暫存器的 bit 或 byte 能被使用到
暫存器某部分未用到
如上圖所示，chardata[7]未被使用到。
##### 2. **block**
某行的 **true or false** 可能性驗證度 **0**
【解決方法】觀察出錯的程式碼， 調整 testbench，讓其條件能夠被觸發。 以本電路為例，調整 pattern 的種類和數量，以及 string 的字元，讓未驗證到的 條件能夠被觸發。
block 驗證度 message
以上圖為例，程式 101 行的 true 情況並未驗證到，故應根據調整 101 行程 式，對 testbench 進行調整，以下圖為例，可以調整輸入 pattern 和 string 的數 量與排序，使程式 101 行出現 true 的可能。
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