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随着集成电路设计的规模越来越大，设计验证的重要性越来越突出。由于具有良好的可扩展性，模拟验证一直是功能验证的主要手段。然而随着设计复杂性的持续增长，模拟验证的不完备性日益突出，这使得提出更准确、更有意义的量化评估方法成为一个亟待解决的问题。常用的量化评估方法侧重于分析设计被执行的情况，这导致了覆盖率数据的虚高。针对这一问题，本文从可观测性和发现设计错误的能力两方面入手，研究设计验证的量化评估方法，取得了以下创新性研究成果：
1.提出了一种基于可观测性的语句覆盖评估方法。
本文提出了动态参数化引用-定值链，在此基础上提出了一种RTL设计中的信号的可观测性模型，以及一种基于可观测性的语句覆盖评估方法。针对ITC99 benchmark电路的实验数据表明，基于可观测性的语句覆盖率与错误覆盖率之间的差值平均值，比语句覆盖率与错误覆盖率之间的差值平均值降低了14.60个百分点，相当于降低了语句覆盖率虚高部分的64.1％。
2.提出了一种基于可观测性的分支覆盖评估方法。
本文给出了分支结构的相关变量的定义，将分支的执行效果映射为RTL设计中的信号取值，由此提出了一种基于可观测性的分支覆盖评估方法。针对ITC99 benchmark电路的实验数据表明，基于可观测性的分支覆盖率与错误覆盖率之间的差值平均值，比分支覆盖率与错误覆盖率之间的差值平均值降低了7.61个百分点，相当于降低了分支覆盖率虚高部分的38.1％。
3.基于对实际设计错误的分析，建立了缺项错误模型，并提出了相应的测试方法。
本文介绍了采用基于约束的随机验证技术对两个实际芯片设计进行功能验证的过程，并对所发现的设计错误进行分析，提出了缺项错误模型及其测试方法。缺项错误模型能够建模实际中的表达式子句缺失的设计错误，反映了设计者没有将所有的功能场景考虑在内。在所收集的设计错误中，此类错误有12个，占44.44％。国际同类研究中也报告过子句缺失的设计错误，但是由于此类错误难以通过确定性方法来测试，迄今为止在公开发表的文献中尚未见到相关成果。本文提出了缺项错误模型的约束随机测试方法。针对实际芯片设计的实验数据表明，采用缺项错误模型所提供的结构信息，使发王见此类设计错误的概率提高了0.57倍～5.73倍。
4.提出了RTL字操作的错误屏蔽概率计算方法，及静态可观测性量化分析方法。
首先对RTL设计中典型的字运算，推导了设计错误的效果在其操作数和运算结果之间传播时被屏蔽的概率。在此基础上提出了芯片设计中内部信号的静态可观测性(简称SOBS)分析方法。该方法以观测信号为起点，沿着控制-数据流图中的路径进行逆向分析，以字运算的错误屏蔽概率为基本元素，推算出内部信号的SOBS量化值。SOBS值揭示了内部信号的错误值被观测的难易程度，并对验证技术具有指导意义——本文运用此量化值，首次提出了对造成局部设计可观测性较低的源头信号的分析方法。针对ITC99 benchmark电路的实验数据表明，相对于一般的难观测信号而言，这些低观测源头信号是更加理想的内部观测信号，后者相对于前者能够将随机难测错误的覆盖率提高更多，最多可达5.21个百分点。