如何配置sequence的仲裁算法和優(yōu)先級？

01 Arbitrary

在UVM中，多個sequence可以同時被綁定到相同的sequencer并啟動。這種測試場景在實際中是存在的，比如在模擬同一個總線master口上的不同類型的數(shù)據(jù)流時，可以將符合這些不同類型的數(shù)據(jù)流的sequence綁定到同一個sequencer，并啟動它們，以構(gòu)造出復(fù)雜的測試場景。

這樣一來，在驗證環(huán)境運行中就會出現(xiàn)競爭的問題，當多個sequence同時企圖向下游發(fā)transaction的時候，sequencer需要能夠決定處理這些transaction的順序。而給出答案的，是sequencer內(nèi)建的仲裁機制。

下面給出一個簡單的UVM例程：例程同時啟動三個sequence（seq_0, seq_1, seq_2），它們會往同一個sequencer發(fā)transaction，并且在啟動的時候還分配了權(quán)重值（start方法的第三個參數(shù)），每個sequence會循環(huán)發(fā)送4個transaction。

在Env中例化sequencer和driver，并完成連接。例程中在driver拿到transaction之后，會根據(jù)transaction的成員變量id和index打印出來當前transaction產(chǎn)生自哪個sequence，以及是循環(huán)的第幾次。

仿真結(jié)果如下，可以看得出來在沒有配置仲裁算法的情況下，即使我們?yōu)閟equence都分配了權(quán)重值，sequencer對三個sequence還是“雨露均沾”：

實際上，UVM給我們預(yù)設(shè)了六種仲裁算法供選擇，同時保留了用戶自定義的接口。默認情況下，使用的仲裁算法是UVM_SEQ_ARB_FIFO，嚴格按照先進先出的原則來做選擇，所以才會出現(xiàn)上面說的，仿真結(jié)果跟權(quán)重值沒有關(guān)系。關(guān)于仲裁算法，需要根據(jù)實際測試場景來做出選擇。

那么如何配置仲裁算法？在代碼中，可以通過調(diào)用sequencer的方法set_arbitration()來對仲裁算法進行配置。比如在上面例程env_demo類的build_phase函數(shù)的最后一行，可以加上sqr.set_arbitration(UVM_SEQ_ARB_WEIGHTED)來配置仲裁算法，仿真結(jié)果我貼在下面，可以看到，我們分配的權(quán)重值開始起作用了:

02 LockingMechanism

Locking mechanism指的是sequence對sequencer的占用，sequence可以優(yōu)先獲得sequencer的使用權(quán)限，并且在它自己釋放之前，其他sequence無法通過該sequencer和driver發(fā)送transaction。

Sequence搶占功能同樣來源于測試場景的需求，應(yīng)用于當有某個sequence需要優(yōu)先并獨占sequencer的時候，比如對中斷（interrupt）的處理。如下圖所示，當sequence_2占用了sequencer之后，其他sequence在sequence_2釋放之前將無法聯(lián)系上sequencer。

UVM提供了兩種搶占方法：lock和grab。lock方式會等待仲裁機制正常調(diào)度到該sequence（即將請求放在仲裁隊里的最后），并占用該sequencer直到sequence調(diào)用unlock()來解鎖；grab方式則會使該sequence在下一輪仲裁中被執(zhí)行（即將請求放在仲裁隊列的最前面），并占用該sequencer直到sequence調(diào)用unlock()和ungrab()。

Sequencer被某個sequence搶占了之后，我們可以通過調(diào)用它的成員方法來獲取當前的狀態(tài)信息。比如，可以在sequence的body()里面使用m_sequencer.is_grabbed()函數(shù)來看當前sequencer是不是被誰鎖住了；還可以使用m_sequencer.current_grabber()函數(shù)來獲得當前鎖住sequencer的sequence句柄；還有其他函數(shù)可以使用，具體可以參考UVM的手冊。

關(guān)于lock和grab的使用在其他地方有很多示例代碼，這里將基于上面的例程，展示UVM 1.2潛藏的一個bug。先在上述代碼中seq_demo_0類的body()任務(wù)的入口和出口處，分別加上lock()和unlock()，如上圖所示，然后進行仿真，就會發(fā)現(xiàn)：最終只有seq_0搶先鎖住了sequencer，雖然我們在body()的最后調(diào)用了unlock()，但是seq_1和seq_2在seq_0結(jié)束之后依然搶不到鎖，仿真最后結(jié)束在UVM timeout，如下圖：

這是一個UVM的bug，問題的根源在uvm_sequencer_base的源碼中，當有多個sequence在lock_list隊列里面時，調(diào)用m_wait_for_available_sequence()方法獲取sequence句柄會使代碼掛死。該UVM issue已經(jīng)有人提交到了accellera，具體可以參見參考資料2。這個bug在UVM 2017-1.1或者UVM 2020中可能已經(jīng)修掉了，有興趣的讀者可以自己試一下。鑒于目前有很多代碼是基于UVM 1.2構(gòu)建的，用戶在使用lock/grab的時候需要特別注意這個bug。

03Sequence Interrupt

在處理器等數(shù)字系統(tǒng)中，通常硬件中斷都是由某個信號脈沖或者電平來觸發(fā)，并通過中斷控制仲裁之后，由控制器發(fā)送給處理器進行處理。

在Sequence中的中斷操作也類似，分兩部分實現(xiàn)：第一部分是將通過虛擬接口監(jiān)視中斷源信號的變化，以實現(xiàn)軟硬件的隔離；第二部分是在主sequence中發(fā)起一個監(jiān)視進程（monitor process），在等到中斷到來之后啟動用作中斷處理的sequence。

另外，Sequence一旦被啟動，通常不會去想著將它異常結(jié)束（通過seq.kill()或者seqr.stop_sequences()調(diào)用），否則我們需要更加復(fù)雜的實現(xiàn)去查看當前driver是否空閑，以確保sequencer跟driver的握手機制不出問題。如果有必要將sequence提前結(jié)束，建議在sequence內(nèi)部去做條件判斷和處理。

審核編輯：劉清