UVM設計模式之訪問者模式

訪問者模式

Visitor Pattern：允許一個或者多個操作應用到一組對象上，解耦操作和對象本身。換言之，如果component的數(shù)據(jù)結構是比較穩(wěn)定的，但其是易于變化的，那么使用訪問者模式是個不錯的選擇。

常見的訪問者模式有五種角色：

(1) Vistor（抽象訪問者）：為該對象結構中具體元素角色聲明一個訪問操作接口。

(2) ConcreteVisitor（具體訪問者）：每個具體訪問者都實現(xiàn)了Vistor中定義的操作。

(3) Element（抽象元素）：定義了一個accept操作，以Visitor作為參數(shù)。

(4) ConcreteElement（具體元素）：實現(xiàn)了Element中的accept()方法，調用Vistor的訪問方法以便完成對一個元素的操作。

(5) ObjectStructure（對象結構）：可以是組合模式，也可以是集合；能夠枚舉它包含的元素；提供一個接口，允許Vistor訪問它的元素。

舉例：老師教學反饋得分大于等于85分或者學生成績大于等于90分，則可以獲得優(yōu)秀獎；如果老師論文數(shù)目大于等于2、學生論文數(shù)目大于等于1，則可以獲得1萬元的現(xiàn)金。在這個例子中，老師和學生就是Element，他們的數(shù)據(jù)結構穩(wěn)定不變。從上面的描述中，我們發(fā)現(xiàn)，對數(shù)據(jù)結構的操作是多變的，一會兒評選成績，一會兒評選科研，這樣就適合使用訪問者模式來分離數(shù)據(jù)結構和操作。

兩種操作，class GradeSelection class ResearchSelection 重寫實現(xiàn) visit()函數(shù)

class Teacher class Studnet中調用 visitor.visit()，不需要特別指明哪一種操作。

訪問者模式適用于對一組結構固定的組件統(tǒng)一地加入一個新的操作，如上例，將student1,student2,teacher1,teacher2這四個共同屬性(都繼承于Element)的組件，加入ObjectStructure中，此例中的組件關系是前后線性的關系，依次加入element_q隊列中。當需要對所有組件執(zhí)行researchselection操作時，ObjectStructure調用accept(researchselection）即可，會自動遍歷各個組件執(zhí)行這個researchselection的操作。如果需要切換其他操作，只需更改ObjectStructure中accept的參數(shù)即可。添加新的操作也很方便，不需要更改組件，只需要在外部重寫visitor()函數(shù)，具有很好的擴展性，實現(xiàn)組件與操作的解耦。

UVM_PHASE

UVM的環(huán)境具有明確的結構，各個組件統(tǒng)一繼承于uvm_component, 組成 ** tree structure** 。每個子類component重寫各個phase函數(shù)，每個component中的phase函數(shù)相當于visitor()，很符合使用訪問者模式的條件。但是uvm的phase機制實現(xiàn)和上述介紹的示例還有很大區(qū)別，component中的phase是在自身內部實現(xiàn)的，而不是放在類外部；對于執(zhí)行同一個phase，樹形結構中的component不是簡單的依次執(zhí)行，有top-down，down-top和并行執(zhí)行；對于同一個componet中的phase, 有不消耗時間的function phase, 也有消耗時間的task phase, 有依次執(zhí)行的，也有并列執(zhí)行的(run_phase和12個run-time phase)。所以存在兩個維度，一個uvm_component的維度，根據(jù)單例模式中的parent-child關系構建了樹狀結構；一個phase維度，將每個phase以node的形式放入domain中，統(tǒng)一調度。UVM還支持objection機制，drain_time，timeout，多domain，進程同步，phase的jump，phase_debug等操作，所以簡單的訪問者模式無法滿足要求。

下面根據(jù)源碼對uvm_phase從這兩個維度分析：

1. phase的執(zhí)行順序

在第二篇，提到了uvm_root中函數(shù)run_test()根據(jù)工廠模式創(chuàng)建testcase的實例。接下來run_test()調用uvm_phase中的靜態(tài)函數(shù)m_run_phase()開始執(zhí)行各個phase。這里用到了SV內建的class process，提供了精細控制進程的方法。

uvm_domain調用靜態(tài)函數(shù)get_common_domain(), 從名字上可以看到這是獲得一個domain。uvm_domain繼承于uvm_phase，是phase的一個容器。

comon_domain調用add函數(shù)依次加入不消耗時間的function phase, 一共9個。第一個uvm_build_phase::get()獲得build_phase的實例，uvm_build_phase和uvm_root一樣采用了單例模式，所以全局只有一個build_phase，通過 uvm_build_phaes::get()獲得。所以我們平常在不同component中的傳入的phase，其實指向的都是那個唯一的uvm_build_phaes::get() 實例。其他phase也一樣，實例全局唯一。

add()函數(shù)實現(xiàn)了將不同phase以node的形式加入，node有predecessor，successor的概念，構成鏈表結構。類似component中parent，child的關系，構成樹狀結構。根據(jù)add加入的順序，組織了先后順序。所以connect_phase_node的predecessor是build_phase_node, successor是end_of_elaboration_phase.

get_uvm_domain()獲得另一個domain：uvm_domain。uvm_domain中加入的是task phase, 一共12個。然后common_domain再將uvm_domain和run_phase同時加入，實現(xiàn)rum_phase和12個小phase組成的run-time phase并行執(zhí)行。

到此，各個phase的執(zhí)行順序就固定了。如果沒有單獨創(chuàng)建domain，那么只有common_domain和uvm_domain這兩個domain會被默認創(chuàng)建。結構如下：

回到m_run_phases(), 有一個forever begin ... end一直循環(huán)從m_phae_hopper.get()獲得phase執(zhí)行exectute_phase()。最開始m_phase_hopper( 一個放入uvm_phase類型的mailbox)放入的是common domain，common domain執(zhí)行完畢后，會將successor build phase 放入m_phase_hopper中；在forever循環(huán)中m_phae_hopper.get()獲得build phase，執(zhí)行完build phase最后會放入build phase的successor connect phase，直到遍歷完所有phase。

2. component的執(zhí)行順序

接上面，phase.execute_phase()的具體實現(xiàn)會根據(jù)不同的uvm_phase_type和uvm_phase_state走不同的分支。
uvm_build_phase， uvm_final_phase繼承于uvm_topdown_phase, 其余function phase繼承于uvm_downtop_phase, task phase繼承于uvm_task_phase。

對于build_phase, 函數(shù)exectue_phase會調用m_imp.traverse(top,this,UVM_PHASE_EXECUTING), traverse()函數(shù)在uvm_topdown_phase中定義，build_phase從top to down的執(zhí)行順序也是在這里實現(xiàn)的。

最開始traverse傳入的是top,也就是最頂層uvm_root，②處調用get_first_child獲得uvm_test_top(在之前的run_test中已被創(chuàng)建)，遞歸調用traverse函數(shù)，執(zhí)行ph.execute(uvm_test_top, phase), 實際調用的是comp.build_phase, 也就是uvm_test_top的 builde_phase()。builde_phase會創(chuàng)建uvm_test_top的child env。執(zhí)行完ph.exectute，再次執(zhí)行traverse函數(shù)，此時傳入的component是env, 執(zhí)行env的build_phase，創(chuàng)建env的child agt。一直遞歸循環(huán)，實現(xiàn)所有component的創(chuàng)建。

對于繼承uvm_downtop_phase的phase，則是從底部開始循環(huán)。相比uvm_topdowun_phase，將遞歸函數(shù)traverse放在ph.execute前面，便實現(xiàn)了down to top的順序。

對于繼承uvm_task_phase的函數(shù)，雖然遞歸函數(shù)traverse放在ph.execut前面，也是down to top的順序，但是fork ... join_none讓不同component的同一種phase函數(shù)在不同process上同時執(zhí)行，實際效果是一塊同時運行的。

所以對于component中phase的執(zhí)行遍歷，是根據(jù)調用遞歸函數(shù)遍歷child完成的。在uvm_root中的find()函數(shù)，也是遞歸調用函數(shù)完成遍歷。

uvm objection

uvm objection涉及對進程的控制，先介紹一下systemverilog提供的class process。（計算機體系中的進程，線程和內核的調度有關，而仿真平臺是跑在仿真軟件上的，由 simulation kernel進行調度 (IEEE 4.Scheduling semantics clause) 按照時間片執(zhí)行，以下進程，線程不做區(qū)分，統(tǒng)一叫做進程）

SV中的fork相關函數(shù)可以創(chuàng)建新的進程，但是對于進程的管理, 只有 wait fork, disable identifier, disable fork這些。其他語言中一般都有專門管理進程的操作方法，比如python中的multiprocessing模塊。所以SV中加入了一個class process，提供了更精細的進程管理。class process并不可以用于創(chuàng)建進程，只可以在initial begin ..end，always，fork等創(chuàng)建進程的語句中通過process::self()獲取該進程；status()獲得進程狀態(tài)，kill()終止進程及子進程，suspend()掛起進程，resume()恢復進程，srandom(int seed)設置進程的隨機種子。

uvm objection機制的源代碼實現(xiàn)不再探究，總結需要注意的幾點：

每個phase的實例是唯一的，每個phase在創(chuàng)建的時候，自動創(chuàng)建了屬于這個phase的objection。

對于消耗時間的task phase，其中必須raise_objection, 才會執(zhí)行，否者直接退出。

對于同一個phase，可以多次raise_objection， 但是raise_objection和drop_objection必須成對存在。只有raise數(shù)量等于dorp數(shù)量時才會退出這個phase。

raise_objection前面不可以有消耗時間的語句，也就是剛進入phase的0時刻，就需要檢測到raise_objection， 否則直接退出這個phase。

對于run_phase和并行的12個task phase, 如果在run_phase中raise_objection，但是main_phase沒有raise_obejection，那么main_phase直接退出。如果在main_phase有raise_obejection，run_phase沒有raise_objection，run_phase也會執(zhí)行。所以盡量run_phase和12個小phase不要同時使用，以免出錯。

通過簡單的代碼使用process來實現(xiàn)一下UVM中的objection：

do_monitor是一個無線循環(huán)，在driver_main_phase中控制objection的raise和drop。

如果line42加上時間延遲，則會直接退出main_phase，進入下一個phase. 如果注釋掉line43行也是直接退出main_phase，進入下一個phase. 打印結果：

如果加上line49, line51，main_phase則無法退出。打印結果：

uvm_visitor

UVM1.2中新加入了訪問者模式的基礎類，供使用者擴展使用：

uvm_visitor:提供了visit()方法，以及begin_v()，end_v()兩個hook。

重寫visit方法，簡單的打印component的full_name.

uvm_visitor_adapter:提供了accept函數(shù)，用于實現(xiàn)visitor和component的連接，并對每個component調用visti方法。

env中創(chuàng)建visitor, adapter的實例，accept傳入的是env這個comonent，打印處uvm_test_top.env

對于component的組織調用順序，用戶可以自定義structure。UVM提供了三種sturcture, 對應的adapter，如下：

使用的top to down的structure, 從上到下遍歷component調用visit()函數(shù)：

審核編輯：湯梓紅