IC驗(yàn)證中的打包思想簡(jiǎn)析

System Verilog（SV）語(yǔ)言的Class本身就帶有“打包”的基因。眾所周知，SV語(yǔ)言的很多特性是派生自C++語(yǔ)言的。C++的class就把變量、參數(shù)以及相關(guān)的處理操作都打包在一起了。SV的class也天然具備了這個(gè)品性。關(guān)于這點(diǎn)本文不過(guò)多贅述，只談?wù)勁c驗(yàn)證者編碼時(shí)可真真切切直觀感受到的那些“打包”的操作痕跡。

Chapter1. config_file（cfg）

驗(yàn)證者在驗(yàn)證平臺(tái)中定義的參數(shù)和變量，既可調(diào)整仿真的行為，也可約束配置的范圍，是對(duì)驗(yàn)證平臺(tái)的必要的裝點(diǎn)和修飾。若把驗(yàn)證平臺(tái)比作一個(gè)姑娘，那么參數(shù)和變量就像是姑娘身上的發(fā)卡、耳環(huán)、項(xiàng)鏈和手表。

通常驗(yàn)證者會(huì)創(chuàng)建一個(gè)config_file（cfg），在其中定義參數(shù)和變量。對(duì)于一些rand變量，也會(huì)在該文件中定義相關(guān)的constraints。同時(shí)，也會(huì)在該cfg文件中對(duì)全部的變量參數(shù)進(jìn)行注冊(cè)（register）。

關(guān)于這種做法，有同學(xué)難免要問(wèn)：在驗(yàn)證平臺(tái)組件中，直接定義要用的參數(shù)或變量，不香么？隨時(shí)要用，隨手定義。

閔老師覺(jué)得，這個(gè)世界上絕對(duì)的事情非常稀少，尤其是在成年人的世界，非黑即白，從來(lái)鮮有。這也是他多年成長(zhǎng)的領(lǐng)悟之一。

具體來(lái)說(shuō)，與在組件中直接定義參數(shù)和變量相比，統(tǒng)一定義，即用cfg文件“打包”全部的參數(shù)和變量，有三點(diǎn)好處：兩小一大。

小的好處1：rand變量可統(tǒng)一隨機(jī)，即通過(guò)執(zhí)行cfg.randomize()實(shí)現(xiàn)全部cfg內(nèi)的rand變量都根據(jù)定義的constraint進(jìn)行隨機(jī)。一步操作，生成全部變量的隨機(jī)值。

小的好處2：可統(tǒng)一將全部隨機(jī)參數(shù)和變量，在cfg中進(jìn)行注冊(cè)。

大的好處：集中管理全部的參數(shù)和變量。舉例說(shuō)明：

其一，參數(shù)變量都在cfg中，review代碼比較方便，提升了代碼規(guī)范性和可讀性。

其二，涉及到參數(shù)和變量的訪問(wèn)可都通過(guò)訪問(wèn)cfg實(shí)現(xiàn)，操作方便。

其三，可通過(guò)傳遞cfg句柄的方法實(shí)現(xiàn)全部的參數(shù)和變量的“打包”傳輸。

其四，統(tǒng)一隨機(jī)全部rand變量。

其五，可通過(guò)繼承擴(kuò)展（extend）cfg文件，或直接實(shí)例化cfg所在驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)cfg的重用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該驗(yàn)證平臺(tái)的參數(shù)和變量的重用，也提升了驗(yàn)證平臺(tái)的重用性。

姑娘通常會(huì)找一個(gè)包統(tǒng)一放置她們的發(fā)卡、耳環(huán)、項(xiàng)鏈和手表，驗(yàn)證者也應(yīng)該寫(xiě)一個(gè)cfg文件統(tǒng)一“打包”變量和參數(shù)。

Chapter2. interface.clock_block

interface文件本身就把一個(gè)接口的全部信號(hào)打包在一起了。而clock_block可認(rèn)為是二次打包。即針對(duì)同一接口的信號(hào)，進(jìn)行了統(tǒng)一的時(shí)鐘同步處理和setupTime_holdTime的行為模擬。

圖3input skew & output skew

在上圖中，input skew可等價(jià)于setup time，Output skew可等價(jià)于hold time。在仿真中，clock block的信號(hào)的采樣時(shí)刻應(yīng)該是clock有效邊沿之前input skew時(shí)間的時(shí)刻。新的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到接口的時(shí)刻是clock有效邊沿之后經(jīng)過(guò)output skew時(shí)間的時(shí)刻。

在clock block中定義的信號(hào)是有方向性的，這個(gè)方向是相對(duì)于TestBench或DUT而定的。參照系不同，方向也就不同。為了解決這個(gè)問(wèn)題，SV又定義了modport。驗(yàn)證者在interface中可通過(guò)modport把不同參照系的clock block分別進(jìn)行實(shí)例化，以便分開(kāi)使用。該操作也可看做是對(duì)clock block的“打包”。如此這般，經(jīng)過(guò)對(duì)接口信號(hào)的三次“打包”，可整體統(tǒng)一處理接口信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和采樣，也提升了代碼的規(guī)范性和清晰度。

Chapter 3. checker_scoreboard

Scoreboard，也叫計(jì)分板，是針對(duì)一種特定的事務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的裝置。例如在基于令牌（Token）的Cache Coherence協(xié)議中，就通過(guò)scoreboard統(tǒng)計(jì)Token的數(shù)目。

圖4 scoreboard

在驗(yàn)證者看來(lái)，scoreboard是針對(duì)一種特定的報(bào)文（transaction）進(jìn)行自動(dòng)化的比對(duì)和結(jié)果統(tǒng)計(jì)的組件。報(bào)文是擴(kuò)展自u(píng)vm_sequence_item，報(bào)文的比對(duì)函數(shù)compare()也在uvm_sequence_item的父類uvm_object中被定義好了。因此，一個(gè)scoreboard可實(shí)現(xiàn)一種特定報(bào)文的檢查。

圖5 UVM中的compare函數(shù)

當(dāng)需要檢查多種報(bào)文該怎樣做？直接在環(huán)境頂層文件env中實(shí)例化多個(gè)scoreboard嗎？

從“打包”的角度看，直接定義多個(gè)scoreboard不好。會(huì)顯得代碼組件分布的有些散亂，就像把各色的盤(pán)子零散的放到了廚房的各個(gè)角落。還是建議把各個(gè)scoreboard也“打包”一下。創(chuàng)建一個(gè)專門的組件中，姑且給他命名為checker。再將各個(gè)scoreboard實(shí)例化到checker中。最后只需要再在env中實(shí)例化一個(gè)checker組件。

這樣一來(lái)，checker組件作為專門負(fù)責(zé)檢查報(bào)文的組件，在驗(yàn)證平臺(tái)中占據(jù)了重要的一席之地，不僅所有的scoreboard也都?xì)w他管理，而且環(huán)境中定義的一些動(dòng)態(tài)比對(duì)操作，檢查RTL信號(hào)的操作，也可“打包”放置到checker中。就像櫥柜收納了所有的盤(pán)子碗碟后廚房變得整潔了，checker組件使得驗(yàn)證平臺(tái)變得規(guī)整了很多。

Chapter 4. agent_drv/mon/seqr/transaction

有一天，幾個(gè)驗(yàn)證同學(xué)在教室里聊天，有個(gè)同學(xué)提了一個(gè)問(wèn)題：“transaction是報(bào)文，sequence管理報(bào)文，sequencer發(fā)送報(bào)文，driver將事務(wù)級(jí)的報(bào)文按時(shí)序驅(qū)動(dòng)到接口，monitor把接口的時(shí)序采樣成事務(wù)級(jí)的報(bào)文。他們似乎已把接口的行為模型要干的活兒都干完了，為啥UVM還要搞一個(gè)agent？這個(gè)家伙在接口數(shù)據(jù)流的行為模擬中，除了把sequencer和driver連接起來(lái)，也沒(méi)有啥具體的或者實(shí)質(zhì)性的工作，為啥UVM還把整個(gè)接口行為模擬相關(guān)的多個(gè)組件組合起來(lái)稱為agent?！?/p>

“憑啥？怎么看怎么像是一個(gè)尸位素餐卻身居高位的閑人。”提問(wèn)的同學(xué)越說(shuō)越生氣。

“其實(shí)這里有“打包”的思想的影子呢?！遍h老師走進(jìn)教室，輕輕拍了拍那同學(xué)的肩膀，讓他坐下?！叭绻麤](méi)有agent，各個(gè)接口行為模型的各個(gè)組件散落開(kāi)來(lái)，那么驗(yàn)證平臺(tái)會(huì)多么散亂呀，尤其是當(dāng)DUT有多個(gè)接口，需要開(kāi)發(fā)多個(gè)接口的行為模型時(shí)。驗(yàn)證者要怎么安置這些driver，monitor，sequencer呢，直接把它們都實(shí)例化到env中去嗎，那豈不是亂了套了。咱們是高三16班，試想下如果沒(méi)有分班，整個(gè)年級(jí)的學(xué)生都做在一起，那可怎么上課。”

“哦，我明白了，就是把a(bǔ)gent當(dāng)成一個(gè)空空的口袋，把接口行為模型的那些代碼都裝進(jìn)去，打個(gè)包，方便存取?！蓖瑢W(xué)恍然大悟，“我媽也買了一個(gè)大衣柜，專門用來(lái)放她的成堆的衣服、鞋包。”

Chapter5. virtual_sequencer/virtual_sequence

曾經(jīng)有位驗(yàn)證者說(shuō)過(guò)，UVM定義的virtual sequencer有點(diǎn)“雞肋”。雞肋者，食之無(wú)味，棄之可惜也。用uvm_do_on發(fā)送sequence時(shí)，可以直接使用各個(gè)agent.sequencer。定義的virtual sequencer也只是在其中把各個(gè)agent的sequencer聲明一下，然后需要把各個(gè)agent.sequencer的句柄指向該virtual sequencer中聲明的各個(gè)sequencer。實(shí)質(zhì)上，還是用的各agent.sequencer。

既然這樣，何必多此一舉呢？

揣測(cè)UVM定義virtual sequencer的初衷，應(yīng)該也是“打包”的思想。通過(guò)virtual sequencer把各個(gè)agent.sequencer“打包”在一起，或在test case中直接使用，或傳輸?shù)絭irtual sequence中使用都方便很多，代碼也會(huì)整潔很多。

剛提到了virtual sequence。當(dāng)構(gòu)造一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景時(shí)，需要多個(gè)sequence進(jìn)行配合。把多個(gè)sequence“打包”在一起，形成一個(gè)big-sequence。這便是virtual sequence。從此角度看，這也是“打包”思想的體現(xiàn)。

至此，我們的示例也講完了。

從上述五個(gè)章節(jié)可知，“打包”思想實(shí)質(zhì)就是八個(gè)字：分類整理，集中存放?！按虬彼枷朐赨VM中比比皆是。UVM發(fā)明者當(dāng)初是怎么想到的呢？或許這本是一種來(lái)自生活的普遍的常識(shí)，也或許這種思想在其他語(yǔ)言的程序代碼開(kāi)發(fā)中早已普遍的存在，又或許是別的原因。但有一點(diǎn)是可以確定的：程序員編碼的世界和人們生活的世界，其實(shí)存在很多的共通之處。這些共通之處，就像樹(shù)梢的果子，果香四溢，閃閃發(fā)光。靜靜的等著程序猿們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，去摘取。

審核編輯：劉清