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
