sva 基础语法

断言assertion被放在verilog设计中，方便在仿真时查看异常情况。当异常出现时，断言会报警。一般在数字电路设计中都要加入断言，断言占整个设计的比例应不少于30%。以下是断言的语法：

1. SVA的插入位置：在一个.v文件中：

     
     
    module ABC ();

     
     
     
 rtl 代码

     
     
     
 SVA断言

     
     
    endmodule

 

 
 注意：不要将SVA写在enmodule外面。

 

2. 断言编写的一般格式是：

   【例】 断言名称1：assert
property(事件1)    
  //没有分号

     
    $display("........",$time);
     
     
//有分号

     
    else

     
    $display("........",$time);
     
     
//有分号

 

 
     
  断言名称2：assert property(事件2)

 
     
  $display("........",$time);

 
     
  else

 
     
  $display("........",$time);

 

 
 断言的目的是：断定“事件1”和“事件2”会发生，如果发生了，就记录为pass，如果没发生，就记录为fail。注意：上例中没有if，只有else，断言本身就充当if的作用。

 

 
 上例中，事件1和事件2可以用两种方式来写：

   (1)
序列块： sequence name;

     
     
     
   
。。。。。。。。。; 

     
     
    endsequence

 

   (2) 属性块： property
name;

     
     
     
    。。。。。。。。。;

     
     
    endsequence

 

   
从定义来讲，sequence块用于定义一个事件（砖），而property块用于将事件组织起来，形成更复杂的一个过程（楼）。sequence块的内容不能为空，你写乱字符都行，但不能什么都没有。sequence也可以包含另一个sequence,
如：

 
     
     
      sequence
s1;

 
     
     
     
    s2(a,b);

 
     
     
     
endsequence  //s1和s2都是sequence块

 

   
sequence块和property块都有name，使用assert调用时都是：“assert property(name);”

 
 
在SVA中，sequence块一般用来定义组合逻辑断言，而property一般用来定义一个有时间观念的断言，它会常常调用sequence，一些时序操作如“|->”只能用于property就是这个原因。

     

 
 注：以下介绍的SVA语法，既可以写在sequence中，也可以写在property中，语法是通用的。

 

3. 带参数的property、带参数的sequence

 
 property也可以带参数，参数可以是事件或信号，调用时写成：assert property
(p1(a,b))

 
 被主sequence调用的从sequence也能带参数，例如从sequence名字叫s2，主sequence名字叫s1:

     
    sequence s1;

     
     
 s2(a,b);

     
    endsequence

 

4. property内部可以定义局部变量，像正常的程序一样。

     
     property
p1;

     
     
  int cnt;

     
     
  .....................

     
   
 endproperty

 

【注】在介绍语法之前，先强调写断言的一般格式：

   
一般，断言是基于时序逻辑的，单纯进行组合逻辑的断言很少见，因为太费内存（时序逻辑是每个时钟周期判断一次，而组合逻辑却是每个时钟周期内判断多次，内存吃不消）。

    因此，写断言的一般规则是： time +
event，要断定发生什么event，首先要指定发生event的时间，例如

每个时钟上升沿 + 发生某事

     
     
    某信号下降时 + 发生某事

 

5. 语法1：信号（或事件）间的“组合逻辑”关系：

 
 (1) 常见的有：&&, ||, !, ^

 
 (2)
a和b哪个成立都行，但如果都成立，就认为是a成立：firstmatch(a||b)，与“||”基本相同，不同点是当a和b都成立时，认为a成立。

 
 (3) a ? b:c ———— a事件成功后，触发b，a不成功则触发c

 

6.
语法2：在“时序逻辑”中判断独立的一根信号的行为：

 
  @ (posedge clk) A事件; ————
当clk上升沿时，如果发生A事件，断言将报警。

 
 边沿触发内置函数：(假设存在一个信号a)

 
   $rose( a );———— 信号上升

 
   $fell( a );———— 信号下降

 
   $stable( a );———— 信号值不变

 

7.
语法3：在“时序逻辑”中判断多个事件/信号的行为关系：

 
 (1) intersect(a,b)———— 断定a和b两个事件同时产生，且同时结束。

 
 (2) a within b  
 ———— 断定b事件发生的时间段里包含a事件发生的时间段。

 
 (3) a ##2 b    
  ———— 断定a事件发生后2个单位时间内b事件一定会发生。

 
     a ##[1:3] b
  ———— 断定a事件发生后1~3个单位时间内b事件一定会发生。

 
     a ##[3:$] b
  ———— 断定a事件发生后3个周期时间后b事件一定会发生。

 
 (4) c throughout (a ##2 b)  
 ———— 断定在a事件成立到b事件成立的过程中，c事件“一直”成立。

 
 (5) @ (posedge clk) a |-> b  
———— 断定clk上升沿后，a事件“开始发生”，同时，b事件发生。

 
 (6) @ (posedge clk) a.end |-> b
———— 断定clk上升沿后，a事件执行了一段时间“结束”后，同时，b事件发生。

   注："a
|-> b" 在逻辑上是一个判断句式，即：

   
     
     
    if a

   
     
     
     
 b;

   
     
     
    else

   
     
     
     
 succeed;

 

   因此，一旦 a
发生，b 必须发生，断言才成功。如果a没发生，走else，同样成功。  
 

 

 
 (7) @ (posedge clk) a |=> b  
———— 断定clk上升沿后，a事件开始发生，下一个时钟沿后，b事件开始发生。    
 

 
 (8) @ (posedge clk) a |=>##2b ————
断定clk上升沿后，a事件开始发生，下三个时钟沿后，b事件开始发生。

 
 (9) @
(posedge clk) $past(a,2) == 1'b1 ————
断定a信号在2个时钟周期“以前”，其电平值是1。

 
 (10) @ (posedge clk) a [*3] ————
断定“@ (posedge clk)
a”在连续3个时钟周期内都成立。

   
 
  @ (posedge clk) a [*1:3] ————
断定“@ (posedge clk) a”在连续1~3个时钟周期内都成立。

   
    @ (posedge clk) a [->3] ————
断定“@ (posedge clk) a”在非连续的3个时钟周期内都成立。

 
  

 
 举一个复杂点的例子：

   
     
 property ABC;

   
     
    int tmp;

   
     
    @(posedge clk) ($rose(a),tmp
= b) |-> ##4 (c == (tmp*tmp+1)) ##3 d[*3];

   
     
 endproperty 

 
 上例的一个property说明：当clk上升沿时，断言开始。首先断定信号a由低变高，将此时的信号b的值赋给变量tmp，4个时钟周期后，断定信号c的值是4个周期前b^2+1，再过3个周期，断定信号d一定会起来，再过3个周期，信号d又起来一次。。。。。。。只有这些断定都成功，该句断言成功。otherwise，信号a从一开始就没起来，则断言也成功。

 

8.
语法4：多时钟域联合断言：一句断言可以表示多个时钟域的信号关系，例如：

 
     
     
  @ （posedge clk1） a |-> ##1 @ (posedge clk2)
b

 
 当clk1上升沿时，事件a发生，紧接着如果过来第二个时钟clk2的上升沿，则b发生。“##1”在跨时钟时不表示一个时钟周期，只表示等待最近的一个跨时钟事件。所以此处不能写成##2或其他。但是可以写成：

 
     
     
  @ （posedge clk1） a |=> @ (posedge clk2)
b

 

9.
语法5：总线的断言函数

 
 总线就是好多根bit线，共同表示一个数。SVA提供了多bit状态一起判断的函数，即总线断言函数：

   (1)
$onehot(BUS)    
 ————BUS中有且仅有1 bit是高，其他是低。

   (2)
$onehot0(BUS)     ————BUS中有不超过1
bit是高，也允许全0。

   (3)
$isunknown(BUS)   ————BUS中存在高阻态或未知态。

   (4)
countones(BUS)==n ————BUS中有且仅有n bits是高，其他是低。

 

10. 语法6：屏蔽不定态

   
当信号被断言时，如果信号是未复位的不定态，不管怎么断言，都会报告：“断言失败”，为了在不定态不报告问题，在断言时可以屏蔽。

    如：
@(posedge clk) (q == $past(d))，当未复位时报错，屏蔽方法是将该句改写为：

   
     @(posedge
clk) disable iff (!rst_n) (q == $past(d))
 //rst是低电平有效

 

10. 语法6：断言覆盖率检测：

name: cover property (func_name)

 

11. 在modelsim中开启断言编译和显示功能：

   
（1）【编译verilog代码时按照system verilog进行编译】  vlog -sv
abc.v

   
（2）【仿真命令加一个-assertdebug】   vsim -assertdebug
-novopt testbench

   
（3）【如果想看断言成功与否的分析，使用打开断言窗口的命令】 view assertions

 

12. 在VCS中加入断言编译和显示功能：

 
  在fsdb文件中加一句话：$fsdbDumpSVA

 
  在VCS编译参数：system "vcs $VCS_SIMULATION"
中加入一些options:

 
     
   -assert enable_diag\

 
     
   -assert vpiSeqBeginTime\

 
     
   -assert vpiSeqFail\

 
     
   -assert report=路径\

 
     
   -assert
finish_maxfail=100

 

***********************************************************************************************

【经验】以下是一些编写断言的经验：

1.
断言的目的：传统的验证方法是通过加激励，观察输出。这种方法对案例的依赖严重，案例设计不好，问题不便于暴露。而断言是伴随RTL代码的，不依赖测试案例，而是相对“静态”。例如：我们要测试一个串行数据读写单元，数据线只有一根，先传四位地址，再传数据。

（1）案例验证法：写一个地址，再写一段数据，然后读取该地址，看输出的是不是刚才写的数据。

（2）断言法：不需要专门设计地址和数据，当发起写时，在地址传输的时间里将地址存储到一个变量里，在数据传输的时间里将数据存储到一个变量里，观察RAM中该地址是否存在该数据就可以了。

 
  断言设计相当于在电脑上把RTL实现的功能再实现一遍。

 

2.
断言中可以包含function和task。而且function经常用于断言，因为有的处理很复杂，而断言又是“一句式”的，无法分成好几句进行表达，所以需要function替断言分担工作。

 

3. 断言允许规定同时发生的事件，就是组合逻辑，你可以写成：a
&& b，也可以写成 a ##0 b，不能写 ##0.5，不支持小数。

 

4.
断言是用电脑模仿RTL的运行过程，当RTL功能复杂时，你必须用到变量。断言中支持C语言的int和数组声明，但在赋值时“不能”写成：##4
var =
Signal，其中var是断言中的变量，和RTL无关，Signal是RTL中的一个信号。本句是想在第4周期将Signal的值赋给var，以便在后面使用该值。但本句只有变量赋值，没有对RTL信号的任何断言，就会报错，解决方法是：##4
(“废话”，var = Signal)，一定要有断言的话我们就写“废话”，例如:data == data
等。如果有多个变量要赋值也可以，##4 （废话，变量1赋值，变量2赋值...........）

 

5. 关于断言的表达风格：语法介绍的 “a |->
b”，实际上是 “if a, then b”的逻辑，当a不发生，b也不会被判断，该断言自然成功。但当我们的逻辑是

 
      if
a1

 
      {

 
     
   if a2 

 
     
      then
b

 
      }

该如何用断言表达？？？？ 或许可以写成：“a1 |-> a2
|-> b”，也可以，但常用的表达是：

 
     “a1
&& a2 |-> b” 或者 “a1 ##3 a2 |-> b”

 

6. 关于断言的时序：时序逻辑的断言需要注意的一个问题：

 
 例如：假设当clk上升沿到来时，b<=a。将上述逻辑写成断言时，如果写成“@(posedge
clk) b==a”，看起来和
b<=a一样，但实际上是错的。因为当时钟上升时，b还没有得到a的值，a还需要一段保持时间。即，断言中的信号值实际上是时钟沿到来之前的值，而不是时钟沿到来后他们将要编程的值。所以，b<=a逻辑的断言应该是：“@
(posedge clk) (a==a,tmp=a) |=> (b==tmp);”

 

针对上述几点，举一个复杂的例子：

断言wr的功能是检查串行地址输入是否正确，串行地址输入线是 DataIn
。$time返回值以0.1ns为单位（因为我在testbench中的单位规定是`timescale 1ns/100ps，精度是100ps =
0.1ns），所以$time/10才是ns。

 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    wr: assert
property(wr_p)

   
$display("succeed：",$time/10);

    else

     
  $display("error: ",$time/10);

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//断言可以声明一个int数组arr[4]，

//“@(posedge clk)
!vld_pulse_r[0] && !DataIn”是真实的预备条件

//“##4 (read==read, arr[0] =
DataIn)”只是为了在特定时间内赋值，有用的语句是“arr[0] = DataIn”，//“read==read”是废话，为了编译通过。

//arr赋值完毕后，进入function进行处理，判断实际地址addr跟junc处理过的数据是否相同。

//“addr ==
junc(arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);”就是junction调用。

 

    property wr_p;

     
  int arr[4];

     
  @(posedge clk) !vld_pulse_r[0] &&
!DataIn   

     
      ##4
(read==read, arr[0] = DataIn) 

     
      ##1
(read==read, arr[1] = DataIn) 

     
      ##1
(read==read, arr[2] = DataIn) 

     
      ##1
(read==read, arr[3] = DataIn) |=>

     
      addr ==
junc(arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);

    endproperty

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    function [3:0]
junc;

     
  input a,b,c,d;

     
  reg [3:0] a1;

     
  reg [3:0] b1;

     
  reg [3:0] c1;

     
  reg [3:0] d1;

 

     
  a1 = {3'b0,a};

     
  b1 = {3'b0,b};

     
  c1 = {3'b0,c};

     
  d1 = {3'b0,d};

     
  junc =
a1+(b1<<1)+(c1<<2)+(d1<<3);

     
  $display(junc);

    endfunction

////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 

7.
如果想在SVA中使用类似for(){....}的功能，别忘了语法中介绍的[*3]，这是在断言中实现for的唯一方式。

     
     
    ##4 (废话, cnt = 0, arr[cnt] =
DataIn, cnt++)   //初始化一下，

     
     
    ##1 (read==read, arr[cnt] =
DataIn, cnt++)[*3]  //循环3次

 

8. 每句断言都是一个小程序：如上例，在##4时间点上，(废话, cnt = 0, arr[cnt] = DataIn,
cnt++)就是一个小程序，信号断言必须是第一句，其他运算按照顺序进行。

 

9.
断言的变量除了可用C语言中的int，float外，还可以是reg [n:0]等数字电路类型。

 

10. 注意：

像这种写法：

    property ept_p;

     
  @(posedge rd_clk)   ((rd_num ==
0) |-> rd_ept)

     
     
     
     
 && (rd_ept |-> (rd_num == 0));

    endproperty

是错误的，写了|->，就不能再用 && 等事件组合逻辑了。

解决方法是使用2个断言，没更好的方法。