📊 代码覆盖：找出没测到的代码

这一篇在干嘛？

仿真跑通了不代表测全了。代码覆盖（Code Coverage）回答的是另一个问题：你的测试激励到底执行了源代码里的哪些语句、分支、条件、表达式？哪些逻辑位从没翻转过？哪些 FSM 状态从没进过？这一章教你打开覆盖统计、读懂各种覆盖窗口和图标、排除不该统计的代码，并生成文本或 HTML 覆盖报告，把「没测到的代码」一眼找出来。示例设计仍是一个控制行为级存储器的有限状态机加 test bench。

编译设计

开启代码覆盖的流程很简单：编译设计文件时指定要收集哪些覆盖统计，然后加载设计并让 Questa SIM 产出这些统计。

示例文件路径：

Verilog – <install_dir>/questasim/examples/tutorials/verilog/coverage
VHDL – <install_dir>/questasim/examples/tutorials/vhdl/coverage

本课以 Verilog 版本为例，有 VHDL license 的读者可改用 VHDL 版本。

新建目录，把 <install_dir>/questasim/examples/tutorials/verilog/coverage 下所有文件复制进去（VHDL 用户复制 vhdl/coverage 目录）。
启动 Questa SIM 并切换目录：
- UNIX shell 输入 vsim，或 Windows 下点 Questa SIM 图标；欢迎对话框出现则点 Close。
- 选 File > Change Directory 切到练习目录。
创建工作库：在 Questa SIM> 提示符输入 vlib work。
编译所有设计文件：
- Verilog：输入 vlog *.v。
- VHDL：输入 vcom *.vhd。
指定要收集的覆盖统计类型。在 Questa SIM> 提示符输入：

vopt +cover=bcesxf test_sm -o test_sm_opt

+cover=bcesxf 参数让 Questa SIM 收集 branch（分支）、condition（条件）、expression（表达式）、statement（语句）、extended toggle（扩展翻转）和 FSM（有限状态机）覆盖统计。更多覆盖类型见 User’s Manual 的 Overview of Code Coverage Types。 -o 参数为优化后的设计指定名字（这里是 test_sm_opt），vopt 命令必须带此参数。默认情况下，Questa SIM 对所有设计执行优化（见 User’s Manual 的 Optimizing Designs with vopt）。

FPGA 语境

+cover=bcesxf 的每个字母对应一类覆盖：b=branch、c=condition、e=expression、s=statement、x=extended toggle、f=FSM。做 FPGA 设计验证时，statement + branch（bs）通常是最基本的底线，toggle 覆盖对检查「上电后某些位从没动过」特别有用——这往往对应着没被复位或没被驱动的逻辑。

加载并运行设计

指定覆盖统计类型后，就可以加载并运行设计了。

加载设计。在 Questa SIM> 提示符输入（加载优化后的设计）：

vsim -coverage test_sm_opt

三个覆盖窗口会分别在三个主窗口组中打开：Code Coverage Analysis、Instance Coverage 和 Coverage Details（Figure 13-1）。

三个代码覆盖窗口

在 Code Coverage Analysis 窗口中可以做 statement、branch、condition、expression、FSM 和 toggle 六种覆盖分析。窗口中每一行都有图标，标明该行的元素（语句、分支、条件或表达式）是已执行、未执行还是被排除。Table 13-1 是代码覆盖图标说明。

Table 13-1 代码覆盖图标：

图标	含义
√	该行所有语句、分支、条件或表达式均已执行
✕	该行有多种覆盖未执行
$X_{T}$	True 分支未执行（BC 列）
$X_{F}$	False 分支未执行（BC 列）
$X_{C}$	条件未执行（Hits 列）
$X_{E}$	表达式未执行（Hits 列）
$X_{B}$	分支未执行（Hits 列）
$X_{S}$	语句未执行（Hits 列）
E	该行应用了有效覆盖排除；行上每一项都被排除，无命中
E□	部分被排除项有命中
E□	部分项被排除，其余未被排除项全部命中
E×	部分项被排除，部分未被排除项缺覆盖
E×	该行应用了自动排除。光标悬停在 EA 上会弹出显示排除原因的 tooltip

在 Analysis 工具栏（Figure 13-2）中选择要做的分析。

Analysis 工具栏

当前打开的是哪种分析，看 Code Coverage Analysis 窗口的标题栏即可（Figure 13-3）。

标题栏显示当前分析类型

默认情况下，第一次打开 Code Coverage Analysis 窗口显示 Statement Analysis；之后再打开时显示上次选择的分析窗口。

运行仿真。在 VSIM> 提示符输入：

run 1 ms

以启用代码覆盖的方式加载设计后，Questa SIM 会在 Files 和 Structure (sim) 窗口中添加几个覆盖数据列（Figure 13-4）。用水平滚动条可以看到更多覆盖列（你的结果可能与图中不同）。

Structure (sim) 窗口中的覆盖数据列：

Name	Specified path	Full path	Stmt Count	Stmt Hits	Stmt %
sim	vsim.wlf	C:/Tutorial/…
sm.v	sm.v	C:/Tutorial/… verilog	25	22	88.000
sm_seq.v	sm_seq.v	C:/Tutorial/… verilog	16	15	93.750
beh_sram.v	beh_sram.v	C:/Tutorial/… verilog	6	5	83.333
test_sm.v	test_sm.v	C:/Tutorial/… verilog	77	70	90.909

通过 View > Coverage 菜单可以打开和关闭覆盖窗口（Figure 13-5）。

Coverage 菜单

所有覆盖窗口都可以缩放、重排和解除停靠：拖动任意边框缩放窗口；拖动标题栏的把手（标题栏中间的三排点）或标签移动窗口；选中窗口后拖出主窗口、或点标题栏右上角的 Dock/Undock 按钮解除停靠；再点一次该按钮可重新停靠。
下一步练习里我们会更仔细地看几个覆盖窗口。

查看覆盖数据

看看不同覆盖窗口里显示的数据。

在 Structure (sim) 窗口查看覆盖数据：
- 选中 sim 标签，用水平滚动条查看覆盖列中的数据。设计中每个对象都有一份覆盖数据。
- 选 Files 标签切到 Files 窗口并向右滚动。右键任意列名，选 Change Column Visibility，再从弹出列表中选择，即可更改显示哪些覆盖数据列。

Configure Columns 对话框中的列：

Branch %	Full path
Branch Count	Specified path
Branch Graph	States %
Branch Hits	States Count
Condition %	States Graph
Condition Hits	Stmt %
Condition Count	Stmt Count
Condition Graph	Stmt Graph
Condition Hits	Stmt Hits
Expression %	Stmt Graph
Expression Count	Toggle %
Expression Hits	Toggle nodes
Expression Graph	Toggled graph
FEC Condition %	Toggles hit
FEC Condition Count	Transitions %
FEC Condition Graph	Transitions Count
FEC Expression %	Transitions Graph
FEC Expression Count	Transitions Hits
FEC Expression Graph	Type
FEC Expression Hits

勾选的列显示，未勾选的隐藏。每列的显示/隐藏状态在 Questa SIM 多次启动之间保持不变。 2. 在 Code Coverage Analysis 窗口的 Statement Analysis 视图查看覆盖数据：

若 Statement Analysis 视图未显示，在 Analysis 工具栏选 Statement Analysis（Figure 13-7）。

选择 Statement Analysis

在 Files 窗口选择不同文件，Statement Analysis 视图会更新为所选文件的覆盖数据。
双击 Statement Analysis 视图中的任意条目，可在 Source 窗口中显示该行。

在 Coverage Details 窗口查看 toggle 覆盖细节：
- 在 Analysis 工具栏选 Toggle Analysis，切换到 Toggle Analysis 视图（Figure 13-7）。
- 点击 Details 标签打开 Coverage Details 窗口。若 Details 标签不可见，在主菜单选 View > Coverage > Details。
- 在 Toggle Analysis 中选中任意对象，在 Coverage Details 窗口中查看其覆盖细节（Figure 13-8）。

解除停靠的 Coverage Details 窗口

查看实例覆盖数据：
- 点击 Instance 标签切到 Instance Coverage 窗口。若 Instance 标签不可见，在主菜单选 View > Coverage > Instance Coverage。
Instance Coverage 窗口以扁平、非层次视图显示每个实例的覆盖统计。双击任意实例可在 Source 窗口中显示其源代码。

Instance Coverage 窗口内容示例：

Instance	Design unit	Design unit type	Total coverage	Stmt count	Stmts hit
/test_sm	test_sm	Module	52.6%	77	70
/test_sm/ill_op		TaskFunction	100%	2	2
/test_sm/rd_wd		TaskFunction	100%	8	8
/test_sm/wt_blk		TaskFunction	100%	10	10
/test_sm/wt_wd		TaskFunction	100%	8	8
/test_sm/ctrl		TaskFunction	0%	5	0
/test_sm/nop		TaskFunction	100%	2	2
/test_sm/sm_seq0	sm_seq	Module	65.6%	16	15
/test_sm/sm_seq0/…	sm	Module	85.3%	25	22
/test_sm/sram_0	beh_sram	Module	45.4%	6	5

Source 窗口中的覆盖统计

Source 窗口自带覆盖统计。在 Source 窗口中查看 beh_sram 的覆盖统计：

在 Files 窗口双击 beh_sram.v，在 Source 窗口打开源代码视图。
滚动 Source 窗口，看到 Figure 13-10 所示的代码。

Source 窗口中的覆盖统计（Figure 13-10）：

38
39	always @ (negedge clk)
40	if (rd_ \|\| wr_) begin
41	if (!rd)
42	dat_r /test_sm/sram_0/rd;
43	if (!wr_1
44	mem[addr] <= m_dly dat;
45	end
46	else
47	if ((rd_ \|\| wr_) == 0)
48	$d i s pl a y ($ stime, , “Error: Simultaneous Reads & Writes no
49

Source 窗口包含 Hits 和 BC 两列，分别显示语句命中数和分支覆盖。Figure 13-10 中鼠标悬停在 41 行代码上，这会使 Hits 和 BC 列的覆盖图标变为覆盖数字。Table 13-2 是各种覆盖图标的说明。

Table 13-2 Source 窗口中的覆盖图标：

图标	含义
绿色对勾	该语句已执行
绿色 E	该行已被排除出代码覆盖统计
红色 X	Hits 列的 X 表示漏测（未执行）的语句（XS）、分支（XB）或条件（XC）；BC 列的 X 表示漏测的 true（XT）或 false（XF）分支

选 Tools > Code Coverage > Show coverage numbers。

Hits 和 BC 列的覆盖图标被替换为每行的执行次数。红色数字表示该行存在漏覆盖；一行上有多个语句时显示省略号（…）。

C:/Tutorial/examples/tutorials/verilog/coverage/beh_sram.v (/test_sm/sram_0) - by file - Default
Hits BC Ln#
7499 38
7499 37498t 1f 39
7498 9372t 28126f 40
9372 41
7498 9376t 28122f 42
9376 43
44
45
46
47
1 0 48
0 49
always @ (negedge clk)
if (rd_ || wr_) begin
if (!rd_)
    dat_r <= #M_DLY mem[addr];
if (!wr_)
    mem[addr] <= #M_DLY dat;
end
else
if ((rd_ || wr_) == 0)
$display($stime, "Error: Simultaneous Reads & Writes no

再选一次 Tools > Code Coverage > Show coverage numbers，取消勾选，回到图标显示。

读懂「行号错觉」

Source 窗口里红色 X 或红色数字只说明「这段代码没被执行过」，不一定是 bug——也可能是测试激励根本没覆盖到这条路径（比如上例 48 行的同时读写错误提示）。先补激励、再排代码，不要看到 X 就改 RTL。

Objects 窗口中的翻转统计

翻转（Toggle）覆盖统计每个逻辑节点从一个状态跳到另一个状态的次数。本章前面通过给 vlog、vcom 或 vopt 命令加 -cover x 参数启用了六态翻转覆盖。更多信息见 User’s Manual 的 Toggle Coverage。

在 Objects 窗口查看翻转数据：

在 Structure (sim) 窗口选中 test_sm。
若 Objects 窗口未打开，选 View > Objects。向右滚动查看各翻转覆盖列（Figure 13-12），或解除停靠并拉大窗口直到所有列都显示。若看不到翻转覆盖列，右键列标题栏，弹出菜单选 Show All Columns。

Objects 窗口中的翻转覆盖列示例：

Z->1H	nodes	toggled	% Toggled	% 01		Now
0	32	11	34.38%	34.38%	11.46%	0%
0	32	6	18.75%	21.88%	7.292%	0%
0	1	1	100%	100%	33.33%	0%
0	1	1	100%	100%	33.33%	0%
0	32	6	18.75%	21.88%	7.292%	0%
8	32	6	18.75%	21.88%	47.92%	…4%
0	10	4	40%	40%	13.33%	0%
0	32	0	0%	0%	0%	0%
0	32	0	0%	0%	0%	0%
0	1	1	100%	100%	33.33%	0%
0	1	1	100%	100%	33.33%	0%

把代码行和文件排除出覆盖统计

Questa SIM 允许把某些行和文件排除出代码覆盖统计。可以用 GUI 菜单、名为「exclusion filter file」的文本文件、源代码中的「pragma」，或 coverage exclude 命令来设置排除。pragma 是指示 Questa SIM 忽略括起代码覆盖统计的语句。排除过滤文件和 pragma 的细节见 User’s Manual 的 Coverage Exclusions。

在 Code Coverage Analysis 窗口的 Statement Analysis 视图中排除某一行：
- 把 Analysis Type 改为 Statement。
- 在 Statement Analysis 视图右键某行，弹出菜单选 Exclude Selection（也可以选 Exclude Selection For Instance <inst_name>，只为当前实例排除该选择）。
取消对已排除语句的排除：右键上一步排除的行，选 Cancel Selected Exclusions。
排除整个文件：
- 在 Files 窗口找到 beh_sram.v 文件（VHDL 示例为 beh_sram.vhd）。
- 右键文件名，选 Code Coverage > Exclude Selected File（Figure 13-13）。

通过 GUI 菜单排除文件

取消所有文件排除：在 Files 窗口任意处右键，弹出菜单选 Code Coverage > Cancel File Exclusions。

生成代码覆盖报告

可以用 GUI 菜单或在 Transcript 窗口输入命令，生成文本或 HTML 格式的覆盖统计报告；也可以用菜单生成覆盖排除的文本报告。

用 GUI 菜单生成文本覆盖报告，二选一：

在主窗口菜单栏选 Tools > Coverage Report > Text。
在 sim 或 Files 窗口右键任意对象，弹出菜单选 Code Coverage > Code Coverage Reports。

在 Instance Coverage 窗口右键任意对象，弹出菜单选 Code coverage reports；Instance Coverage 窗口激活时也可在主窗口菜单栏选 Instance Coverage > Code coverage reports。

这会打开 Coverage Text Report 对话框（Figure 13-14），可以选择报告：所有文件、所有实例、所有设计单元、指定设计单元、指定实例或指定源文件。

Coverage Text Report 对话框

Questa SIM 会在当前目录创建报告文件（默认名 report.txt），并立即在产品自带的 Notepad 文本查看器/编辑器中显示。「open in」栏允许你改为在 Source viewer 中显示报告，或在用 EDITOR 环境变量指定的编辑器中显示。见 User’s Manual 的 Setting Environment Variables。

生成 HTML 覆盖报告：在主窗口菜单栏选 Tools > Coverage Report > HTML，打开 Coverage HTML Report 对话框，指定 HTML 报告的输出目录路径即可。

Coverage HTML Report 对话框

HTML 覆盖报告提供浏览器中的动态覆盖视图（Figure 13-16）。HTML Coverage Summary 页面包含一个「List of Design Units included in report…」超链接，点击后跳转到一张表，列出设计中所有设计单元及各覆盖类型的覆盖百分比；这张表可按总覆盖或任一覆盖类型排序。

HTML 覆盖报告示例（Figure 13-16）：

Number of tests run:	1
Passed:	1
Warning:	0
Error:	0
Fatal:	0

按结构汇总（Coverage Summary by Structure）：

Design Scope	Coverage
test sm	61.33%
nop	100.00%
ctrl	0.00%
wt wd	100.00%
wt blk	100.00%
rd wd	100.00%
ill op	100.00%
sm seq0	73.72%
sram 0	50.37%

按类型汇总（Coverage Summary by Type）：

Coverage Type	Bins	Hits	Misses	Weight	% Hit	Coverage
Statements	124	112	12	1	90.32%	90.32%
Branches	42	37	5	1	88.09%	88.09%
FEC Expressions	11	11	0	1	100.00%	100.00%
FEC Conditions	2	0	2	1	0.00%	0.00%
Toggles	2094	296	1798	1	14.13%	14.13%
FSMs	31	22	9	1	70.96%	75.45%
States	11	10	1	1	90.90%	90.90%
Transitions	20	12	8	1	60.00%	60.00%

默认情况下 coverage report 命令生成文本文件，加 -html 参数才生成 HTML。用 notepad <filename> 命令可以在产品自带的 Notepad 查看器/编辑器中显示文本报告。

生成覆盖排除报告：在主窗口菜单栏选 Tools > Coverage Report > Exclusions，打开 Coverage Exclusions Report 对话框，可选择只显示 pragma 排除、只显示用户自定义排除、或两者都显示。

Coverage Exclusions Report 对话框

本课收尾

本章到此结束。继续之前需要结束当前仿真，在 VSIM> 提示符输入：

quit -sim

自测

自测

vopt +cover=bcesxf test_sm -o test_sm_opt 中的 bcesxf 分别对应哪些覆盖类型？加载设计时还需要加什么参数才能打开覆盖窗口？

Code Coverage Analysis 窗口里的 √、✕ 和 E 图标分别表示什么？Source 窗口的 Hits 列和 BC 列又各显示什么？

如何把整个 beh_sram.v 文件排除出覆盖统计？排除后如何取消？除了 GUI 菜单还有哪几种设置排除的方式？

Toggle 覆盖统计的是什么？某信号 % Toggled 长期为 0% 可能说明什么设计问题？

生成覆盖报告有哪些方式？HTML 报告和默认文本报告相比多了什么能力？

description	用 QuestaSim 代码覆盖统计语句、分支、条件、表达式、翻转与 FSM 的执行情况，配合排除与报告功能定位验证盲区。
tags	questasim, fpga仿真

嵌入式开发之路

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Source 窗口中的覆盖统计

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