SystemVerilog基本语法总结(中)
Systemverilog 语法总结(中)
上一个博客分享了SV基本的概念,这一博客继续分享,等下一个博客分享一个公司的验证的笔试题目。
l 事件
背景:
Verilog中当一个线程在一个事件上发生阻塞的同时,正好另一个线程触发了这个事件,则竞争就出现了。如果触发线程先于阻塞线程,则触发无效(触发是一个零宽度的脉冲)。
解决方法:
Systemverilog 引入了triggered()函数,用于检测某个事件是否已被触发过,包括正在触发。线程可以等待这个结果,而不用在@操作符上阻塞。
例子:
event e1,e2;
Initial begin
->e1;
@e2;
end
Initial begin
->e2;
@e1;
end
上面的代码,假设先执行第一个块,再执行第二个块。第一个块会阻塞在@e2(阻塞先执行),直到e2触发,再运行(触发后执行);在执行第二个块时,会阻塞在@e1,但是e1已经触发(触发先执行,阻塞后执行,触发是个零宽度的脉冲,会错过第一个事件而锁住)
解决方法:用wait(e1.triggered())来代替阻塞@e1,如果先触发,也可以执行。
l 等待多个事件
最好的办法是:采用线程计数器来等待多个线程。
l 旗语
get()可以获取一个或多个钥匙,put()可以返回一个或多个钥匙。try_get()获取一个旗语而不被阻塞。
l 信箱
背景:如何在两个线程中传递信息?考虑发生器需要创建很多事物并传递给驱动器的情况。
问题:如果使用发生器的线程去调用驱动器的任务。这样,发生器需要知道驱动器的层次化路径(类的层次化),降低了代码的可重用性;还迫使发生器和驱动器同一速率运行,当一个发生器需控制多个驱动器时会发生同步问题。
解决办法:把驱动器和发生器当成各个处理事物的对象,之间通过信道交换数据。信道允许驱动器和发生器异步操作;引入问题:你可能倾向于仅仅使用一个共享的数据或队列,但这样,编写实现线程间的读写和阻塞代码会很困难。解决办法:可以使用systemverilog中的信箱。把信箱看出一个具有源端和收端的FIFO.
操作:
1)信箱的容量可以指定,new(size),size限制信箱中的条目,size为0,或没指定,则信箱是无限大。
2)put()放数据,get()可以移出数据。peek()可以获取信箱中数据的copy而不移出。
3)信箱中可以放句柄,而不是对象。
漏洞:在循环外只创建一个对象,然后使用循环对对象随机化,信箱中是句柄,最终得到的是一个含有多个句柄的信箱,多个句柄都指向同一个对象。
解决办法:在循环中,创建多个对象。
l 异步线程间使用信箱
背景:
很多情况下,由信箱连接的两个线程应该步调一致,这样生产方 才不至于跑到消费方前。 好处:最好层的generator需要等待低层的数据发完后才能结束。测试平台能精确知道所有激励发出去的时间。
两种情况
两个线程同步,需要额外的握手信号。否则,出现生产方运行到结束,消费方还启动。
信箱容量为1,两个线程同步
因阻塞,连个线程不需要握手信箱
3) 容量不为1,线程间同步
需要使用握手信号,以使producer不超前于consumer;如果consumer超前于prodecer会阻塞。
解决办法
1) 使用定容信箱和peek实现线程同步:(比较好)
消费方:consumer 使用信箱方法peek()获取信箱里的数据的copy而不将其移出,当consumer处理完数据后,便使用get()移出数据。
特点:信箱容量定义为1,不需要握手信号。
calss consumer
repeat(n)begin
Mbx.peek(i);
$display(“consumer:after get( )”,i);
Mbx.get(i);
end
endcalss
如果直接使用get()替代peek(),那么事务会被立刻移出,这样可能会在consumer完成事务前,producer生成新的数据。
2)使用信箱和事件实现线程同步
使用边沿敏感的阻塞语句@handshake 代替电平触发wait(handshake.triggered())。
因为:线程中任务run()使用循环,事件阻塞只能使用@handshake。
局限:如果遇到producer线程的阻塞和consumer线程的触发同时发生,则可能出现次序上的问题。
3)使用两个信箱实现线程同步
使用另一个信箱把consumer的完成信息发回给producer。
目的:在producer线程中,处理完事物后,用一个get()来阻塞。
特点:信箱容量大于1.
maibox mbx,rtn;
class prodecer
for(int i=0; i<4;i++) begin
….
mbx.put(i);
rtn.get(i);
…
end
endclass
class consumer
repeat(3) begin
….
mbx.get(i);
rtn.put(-i);
…
end
endclass
说明:信箱的构造函数中mbx =new();rtn =new(),信箱容量为无穷大。如何实现同步?
虽然信箱容量为无穷大,producer线程发完一个数据后遇到get()会阻塞,不能放入第二个数据;等到consumer得到第一个数据并且处理完后,通过另一个信箱返回一个数据,producer才继续放第二个数据。
因为get()得到数据后,将信箱中数据取出。表象:信箱容量定义为无穷大,但是实际上也是producer放一个数据,consumer取一个数据;然后producer再放第二个数据,依次类推。
这样确保producer不会超前于consumer线程,而将数据都写入信箱。
4) 其他的同步技术
通过变量或旗语阻塞也可以实现握手。事件是最简单的结构,其次是通过变量阻塞。旗语相当于第2个信箱,但是没有交换信息。Systemverilog中的信箱比其他技术要差,原因是无法在producer放入第一个事务时,让它阻塞。Producer一直比consumer提前一个事务的时间。
l Wait(handshake.triggered())和@handshake 使用范围
1) Wait(handshake.triggered()),用于等待一个事件;
2) 循环中等待事件,只能用@handshake
3) 两个线程的同步,一般任务run()使用循环,所以只能使用@handshake。
注意事项:
1) 在循环中,等待事件不能用Wait(handshake.triggered()),因为如果事件触发一次,wait()语句一直为真,进入不断的循环。下一次循环中,不会阻塞。
2) @handshake 如果触发事件,先于等待事件。会等不到事件,因为(事件触发,是一个零宽度的脉冲)
OOP的高级编程技巧
l 继承
背景:
为总线事务增加一个错误功能并带可变延时的复杂类。方法如下:
1) 使用合成,即在类中例化另一个类型的类。有时候很难将功能分成独立的部分。如果使用合成,则需要为正确和错误事务分别创建不同的类,正确类的测试平台需要重写以处理错误类的对象。
2)使用扩展类
作用:
当需要增加事务,而对现有的测试代码修改越少越好,。例如增加错误注入功能。
扩展类和类合成区别:
扩展类解决,增加新事务,使用类合成中,大量修改代码的麻烦。
如何使用:
扩展类共享基类的变量和子程序。
1)基本类中的方法,需标记为virtual,这样扩展类中才可以重新定义。扩展类中函数,和基类中函数名一样时,通过supper.函数名,调用基类中函数。Systemverilog中不允许supper.supper.new方式经行多层调用。
2)如果基类构造函数new()有参数,那么扩展类,必须有一个构造函数,并在构造函数的第一行调用基类的构造函数。
class basel
function new(input int var);
this.var = var;
endfunction
endclass
class extended extends basel
function new(input int var);
super.new(var);
endfunction
endclass
3)OOP规则指出:基类的句柄,也可以指向扩展类的对象。(好好体会)
l 蓝图模式
1)背景:一个简单的发生器,通过信箱将数据传递给驱动器。
class generator
mailbox gen2drv;
transaction tr;
function new(input mailbox gen2drv)
this.gen2drv = gen2drv;
endfunction
task run;
forever begin
tr = new();
assert(tr.randmize);
gen2drv.put(tr); //mail.put(x)
end
endtask
endclass
存在问题:这个例子在循环内部创建事务对象,而不是在循环外部,避免了测试平台常见的错误。new()放在循环外部,错误原因是,mailbox中放入的是句柄,而不能是对象,所有的句柄都指向同一个对象。(1)任务run创建了一个事物并立即随机化,意味着事务使用了默认的所有约束。要修改,必须要修改transaction类。(2)无法使用扩展
解决办法:将tr的创建和初始化分开,使用蓝图模式。
另一个问题:如果简单的把创建和初始化分开,而放在循环外部,而避免测试平台错误(P200),如何解决?蓝图模式如何解决
2)蓝图模式概念:
首先构建一个对象蓝图(金属模),然后修改它的约束,甚至可以用扩展对象替换它,随机化这个蓝图时,就得到想赋予的随机值;然后复制这个对象,将copy发给下游。
蓝图:是一个钩子,允许你改变发生器类的行为而无需修改其类代码。蓝图对象在一个地方构建(new()),在另一个地方(任务run)使用
3)P200与P221相对比分析:重要
蓝图模式,也就比new()在循环外地generator多了一个copy函数。问题(1)蓝图模式,new()在循环外,也只有一个对象,而mailbox中放入的只能是句柄,如何解决常见的平台错误?
因为copy,是对象的复制,而不是句柄的复制。这样蓝图模式只有一个句柄,但是随机化后,copy,相当于再循环中创建了许多对象。而测试平台常见错误的本质是,只创建了一个对象。这样就避免了问题。
(2)蓝图模式下,因为只有一个ID号,那么任务run循环中,下发了许多数据,这些只有一个ID号了?
因为copy是对象的复制,所以在copy中ID号也会增加。下发的每个数据,都有各自的ID号。
l 使用扩展的transaction
为了注入错误,需要将蓝图对象transaction变成badtransaction(改变蓝图)。必须在环境的创建和运行阶段之间完成这个操作。注意:所有的badTr引用都在这一个文件中,这样就不需要改变environment类或generator类。
env.build();
begin
badtr bad = new();
env.gen.blueprint = bad;
end
env.run
目的是:将一个对象取代另一个对象。new()后都是对象了,将对象赋值给对象,这是什么写法?不是复制呀?复制本质是将一个句柄指向一个对象。
解释:上述是句柄的复制,将扩展类句柄bad赋值给基类句柄blueprint,这样基类句柄指向扩展类对象,后面的代码调用的时候,就直接指向扩展类bad了,改变了蓝图。
l env.new()和env.build()区别
env.new()仅仅new()函数
env.build()是将各个模块new(),并传达一些参数,通过这些参数将环境的各个模块,连接起来。P213
l $cast 作类型向下转换
背景:基类句柄可以指向扩展类对象,不需要额外的代码; 扩展类句柄指向基类对象,一般情况下会出错,但有时候是可以的,前提是基类句柄指向了它的一个扩展类对象。
作用:扩展类句柄指向基类对象时,使用$cast()函数。在非法的情况下,不会编译报错,会返回了一个0.
$cast做任务使用时,systemverilog会在运行时,检查源对象类型和目的对象类型不匹配,会报错;
cast做函数使用时,运行时,仍做类型检查,在不匹配时,不会报错,cast 做函数使用时,运行时,仍做类型检查,在不匹配时,不会报错,cast做函数使用时,运行时,仍做类型检查,在不匹配时,不会报错,函数返回0.
前面所述:基类句柄可以指向任何它的扩展类的对象、
1) 基类句柄指向扩展类对象——出现情况:修改蓝图,不改过多代码,增加功能
Transaction tr; //基类句柄
BadTr bad; //扩展类句柄
Bad = new();
Tr = bad; // 基类句柄指向扩展类对象
tr.display; //掉用的是扩展类的方法
2) 扩展类句柄指向基类对象——出现情况:基类virtual 方法copy函数,它的继承类中copy函数
将基类句柄赋值给扩展类句柄,使扩展类句柄指向基类对象,一般编译器会出错,不能运行,所以非常小心;只有基类句柄指向扩展类对象时,再将扩展类句柄指向基类对象时,不出错。为了检测基类句柄是否指向了扩展对象,并且不让编译器报错,可以使用$cast()函数检测。
当把扩展类句柄指向基类对象时,发生什么?
Tr= new();
Bad = tr; //扩展类句柄指向基类句柄
上述会发生错误,编译不会被通过。因为有些属性在基类中不存在;但是扩展类句柄指向基类句柄不总是非法的(见下面代码,是可以的),当基类句柄指向一个扩展类对象时是允许的。
Transcation tr;
BadTr bad,bad2;
Bad= new();
Tr = bad; //基类句柄指向扩展类对象
$cast(bad2,tr); //扩展类句柄指向基类对象
if(!$cast(bad2,tr);
$display(“cannot assign tr to bad2”);
$display(bad2.bad_crc);
l 句柄类型和对象类型差异(书中翻译的不准,type of handdle 和 object)
个人理解:
Transaction tr; 句柄tr类型是transaction
句柄类型:关键字
对象类型:类中成员的类型差异
l 虚方法和多态
多态:多个程序使用一个共同的名字的现象。(虚方法的重写与实现)
多态解决问题:计算机建构面临的一个问题。让物理内存很小的情况下,让处理器能够对很大的地址空间寻址。针对这个问题引入了虚拟内存。
虚拟方法继承劣势:
基类使用了虚拟方法,扩展类也必须使用相同的“签名”,扩展类中虚拟子程序不能增加或删除参数,这意味着必须提前做好规划。
l 对象复制
1) 因为是virtual 函数,扩展类中copy方法也必须是transaction型的,
但是要copy的是badtr类型的,所以要new一个bad
带有copy 的事物基类。
class transaction ;
rand bit[31:0] src,dst,data[8];
bit[31:0] crc;
virtual function transaction copy ();
copy = new();
copy.src = src;
copy.dst = dst;
copy.data = data;
copy.crc = crc;
endfunction
endclass
带有copy的扩展类
calss badtr extends transaction
rand bit bad_crc;
virtual function badtr copy(); //错误
virtual function transaction copy();
Badtr bad;
Bad = new();
Bad.src = src;
bad.dst = dst;
bad.data = data;
bad.crc = crc;
Bad.bad_crc = bad_crc;
return bad;
endfunction
endclass
2)优化途径一,创建一个独立的函数copy_data,这样每个类只负责copy其局部变量,即扩展类中的copy函数用super.copy_data(tr),代替了基类中变量的复制。代码的重用性提高。P8.22
$cast(bad,tr); //扩展类句柄指向基类句柄
使用的情况: 因为virtual 函数,在继承中,虚拟函数必须和基类中名称和参数也一致。这样扩展类中copy_data函数参数仍然是transaction类型的tr,这样出现了参数是基类句柄,但是copy_data函数内要作的确实扩展类的成员,就要将基类句柄参数赋值给扩展类句柄,
要将扩展类badtr类型的数据返回,所以必须用$cast(bad,tr)。
优化途径二,最好的。前面的copy子程序都会创建一个新对象,改进的一种方法就是指定复制对象的存放地址。
virtual function transaction copy(transaction to =null);
if(to == null)
copy = new();
else
copy = to;
copy_data(copy);
endfunction
l 抽象类和纯虚方法
背景:验证的目标之一是创建多个项目共享的代码。
目的:systemverilog 有两种方法创建共享的基类:抽象类和纯虚方法
Virtual class (抽象类):可以被扩展但是不能被直接例化。
Pure virtual function(纯虚方法):没有实体的方法原型,相当于一个声明。
1) 由抽象类扩展而来的类,只有在所以的虚拟方法都有实体的时候才能被例化。
2) 纯虚方法只能在抽象类中定义。
3) 抽象类中,纯虚方法是没实体的,非纯虚方法最好也不写实体。
l 回调
背景:测试平台目的:创建一个不做任何修改就能在所有测试中使用的验证环境。要做到这点的关键是测试平台使用钩子,(什么是钩子?)钩子作用,在不修改原始类的情况下注入新的代码。采用virtual 方法,也可以在扩展类中覆盖基类方法,但是需要重复原方法的所有代码,并且它的修改将传播到它的所有扩展类中。
作用:回调就是一个钩子,在不修改原始类的情况下注入新的代码。
实现:回调任务在顶层中创建,在最低级即驱动器中调用。这样驱动器不需要知道测试的任何信息,它只需要使用一个可以在测试中扩展的通用类。
1) 使用回调注入干扰
回调的一个常见用法就是注入干扰,例如引入一个错误或者延迟。下面测试平台使用回调对象,随机地丢弃数据包。
扩展类是如何作用的?在扩展的回调类中注入错误,如何在驱动器中作用的?
关键是数据队列的作用,驱动器中使用了,回调基类的数据队列
回调基类是抽象类,在扩展的回调类中加入错误注入,而drive驱动类中,是回调基类的数据队列,在环境中将扩展类句柄让入驱动器类,回调基类的数据队列中。
begin // Create error injection callback
Driver_cbs_drop dcd = new();
env.drv.cbs.push_back(dcd); // Put into driver
end
与前面扩展类作用的差异?
前面代码,要使扩展类中增加代码,需要使基类句柄指向扩展类句柄。
l 驱动器类:
下面的代码如何解释
2)回调也可以想scoreboard 发送数据或收集功能覆盖率。
优点:
你可能想过将scoreboard和功能覆盖数据组置于一个事物处理器中,通过邮箱连接到测试平台中,这是一种笨拙的方法。原因如下:测试平台组件几乎都是被动和异步的,组件只有在测试平台给他数据的时候才被唤醒,而且不会主动地向下游事物处理器传递信息。
麻烦:
a)这样一个需要同时监视多个邮箱的事物处理器复杂了;
b)你可能在多个地方采集数据,但是事物处理器设计用来处理单个数据源回调
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