UVM验证—第二课（一）：核心基类阶段机制

目录

1. 核心基类

1.1 uvm_object

1.2 域的自动化（filed automation）

1.3 copy和clone

1.4 compare

1.5 print

1.6 pack&unpack

2. phase机制

2.1 概述

2.2 运行阶段机制

2.3 执行顺序

2.3.1 不同 phase 在同一个 component 中的执行顺序

2.3.2 相同 phase 的在 uvm 树形结构的执行顺序

2.3.3 相同 phase 在 uvm 树形结构中的同级组件的执行顺序

2.4 objection 机制 

1. 核心基类

1.1 uvm_object

• UVM世界中的类最初都是从一个uvm void根类(root class)继承来的，而实际上这个类并没有成员变量和方法。
• uvm_void只是一个虚类(virtual class)，还在等待将来继承于它的子类去开垦。在继承于uvm_void的子类中，有两个类，一个为uvm_object类，另外一个为uvm_port_base类。
• 在UVM世界的类库地图中除过事务接口(transaction interface)类继承于uvm_port base，其它所有的类都是从uvm_object类一步步继承而来的。

• 从uvm_object提供的方法和相关的宏操作来看，它的核心方法主要提供与数据操作的相关服务：
  • Copy
  • Clone
  • Compare
  • Print
  • Pack/Unpack
• 在SV模块的学习中，我们懂得了什么是句柄拷贝和对象拷贝。因此，无论是copy或者clone，都需要确保在操作的过程中，需要有source object和target object。

1.2 域的自动化（filed automation）

• UVM通过域的自动化，使得用户在注册UVM类的同时也可以声名今后会参与到对象复制、克隆、打印等操作的成员变量。
• uvm_field_int(变量名，FLAG)      除了int，还有real，enum(enum名称，实例名，FLAG)，object，event，string
  动态数组 uvm_field_array_enum，int，object，string
  静态数组 uvm_field_sarray_enum，int，object，string
  队列 uvm_field_queue_enum，int，object，string
  联合数组 uvm_field_aa_int_string(ARG，FLAG)   aa_object_string，aa_object_int等      aa后面第一个是存储数据类型，第二个是索引类型
• UVM_DEFAULT和UVM_ALL_ON表示将所有的数据操作方式都打开。UVM推荐使用UVM_DEFAULT将全部数据操作方法打开

  class box extends uvm_object;int volume = 120;color_t color = WHITE;string name = "box";`uvm_object_utils_begin(box)`uvm_field_int(volume, UVM_ALL_ON)`uvm_field_enum(color_t, color, UVM_ALL_ON)`uvm_field_string(name, UVM_ALL_ON)`uvm_object_utils_endfunction new(string name="box");super.new(name);this.name = name;endfunctionendclass

1.3 copy和clone

1. copy 和 clone 的基本区别
   • copy 方法：默认使用已经创建好的对象，仅对数据进行拷贝。也就是说，它利用现有的对象实例，将源对象的数据复制到这个已有对象中。
   • clone 方法：会自动创建新对象，并对 source object（源对象）进行数据拷贝，然后返回 target object（目标对象）句柄。即它会先新建一个对象，再把源对象的数据复制到新对象中，最后返回新对象的引用。
2. 数据复制的共性
   无论是 copy 还是 clone，都需要对数据进行复制操作。这是它们的核心功能，确保目标对象能够拥有与源对象相同或经过特定处理的数据。
3. 包含句柄的数据成员拷贝问题
   当数据成员包含句柄时，在拷贝过程中存在疑问：是只拷贝该成员句柄本身，还是额外创建新的对象，并拷贝该句柄指向的对象。这是因为句柄本质上是指向某个对象的引用，直接拷贝句柄可能导致多个对象共享同一个目标对象，而创建新对象并拷贝指向对象的内容则可以避免这种情况，实现数据的独立性和隔离性。
4. copy 的深拷贝示例
   从示例可以看出，在进行 copy 时，默认进行的是深拷贝（deep copy），即会执行 copy() 和 do_copy() 方法。深拷贝会递归地复制对象及其所引用的所有对象，确保目标对象与源对象在内存中是完全独立的，修改其中一个不会影响另一个。

copy代码

module object_copy2; // 定义一个模块名为 object_copy2，作为测试平台使用import uvm_pkg::*; // 导入 UVM 标准包中的所有内容，以便在模块中使用 UVM 类和方法`include "uvm_macros.svh" // 包含 UVM 的宏定义文件，用于支持如 `uvm_object_utils 等宏typedef enum {RED, WHITE, BLACK} color_t; // 定义枚举类型 color_t，包含三种颜色：RED、WHITE、BLACK// 定义 ball 类，继承自 uvm_object，表示一个球类对象class ball extends uvm_object;int diameter = 10; // 直径，默认值为 10color_t color = RED; // 颜色，默认为 RED// 使用 UVM 工厂机制注册 ball 类，并开始声明字段`uvm_object_utils_begin(ball)`uvm_field_int(diameter, UVM_DEFAULT) // 注册 diameter 字段，采用默认处理方式（复制、比较等）`uvm_field_enum(color_t, color, UVM_NOCOPY) // 注册 color 字段，但禁止复制操作`uvm_object_utils_end// 构造函数，创建 ball 实例时调用function new(string name="ball");super.new(name); // 调用父类 uvm_object 的构造函数endfunction// 自定义 do_copy 方法，用于控制对象拷贝行为virtual function void do_copy(uvm_object rhs);ball b;$cast(b, rhs); // 将 rhs 转换为 ball 类型$display("ball::do_copy entered.."); // 打印进入 do_copy 的提示信息if(b.diameter <= 20) begindiameter = 20; // 如果源对象直径小于等于 20，则目标对象直径设置为 20endendfunctionendclass// 定义 box 类，继承自 uvm_object，表示一个盒子类对象class box extends uvm_object;int volume = 120; // 体积，默认值为 120color_t color = WHITE; // 颜色，默认为 WHITEstring name = "box"; // 名字，默认为 "box"ball b; // 包含一个 ball 对象的实例// 使用 UVM 工厂机制注册 box 类，并开始声明字段`uvm_object_utils_begin(box)`uvm_field_int(volume, UVM_ALL_ON) // 注册 volume 字段，启用所有操作（复制、比较、打印等）`uvm_field_enum(color_t, color, UVM_ALL_ON) // 注册 color 字段，启用所有操作`uvm_field_string(name, UVM_ALL_ON) // 注册 name 字段，启用所有操作`uvm_field_object(b, UVM_SHALLOW) // 注册 ball 对象 b，使用浅拷贝策略`uvm_object_utils_end// 构造函数，创建 box 实例时调用function new(string name="box");super.new(name); // 调用父类 uvm_object 的构造函数this.name = name; // 设置当前对象的名字b = new(); // 创建 ball 子对象实例endfunctionendclass// 声明两个 box 类的实例 b1 和 b2box b1, b2;initial beginb1 = new("box1"); // 创建 box1 实例b1.volume = 80; // 设置 box1 的体积为 80b1.color = BLACK; // 设置 box1 的颜色为 BLACKb1.b.color = WHITE; // 设置 box1 中 ball 的颜色为 WHITEb2 = new(); // 创建新的 box 实例 b2b2.copy(b1); // 使用 copy 方法将 b1 的内容复制到 b2b2.name = "box2"; // 修改 b2 的名字为 "box2"$display("%s", b1.sprint()); // 打印 b1 的内容（包括自身及其子对象）$display("%s", b2.sprint()); // 打印 b2 的内容（注意 b 是浅拷贝，指向同一个 ball 对象）endendmodule

输出结果： 

ball::do_copy entered..
-----------------------------------
Name          Type      Size  Value
-----------------------------------
box1          box       -     @336
  volume      integral  32    'h50
  color       color_t   32    BLACK
  name        string    4     box1
  b           ball      -     @337
    diameter  integral  32    'ha 
    color     color_t   32    WHITE
-----------------------------------

-----------------------------------
Name          Type      Size  Value
-----------------------------------
box           box       -     @338
  volume      integral  32    'h50
  color       color_t   32    BLACK
  name        string    4     box2
  b           ball      -     @340
    diameter  integral  32    'h14
    color     color_t   32    RED 
-----------------------------------

• 新添加了一个类ball，并且在box中例化了一个ball的对象。在拷贝过程中，box的其它成员都正常拷贝了，但对于box:b的拷贝则通过了ball的深拷贝方式进行。
• 即先执行自动拷贝copy()，来拷贝允许拷贝的域，由于ball::color不允许拷贝，所以只拷贝了ball::diameter。
• 接下来，再执行do_copy()函数，这个函数是需要用户定义的回调函数（callback function），即在copy（执行完后会执行do_copy()。
• 如果用户没有定义该函数，那么则不会执行额外的数据操作。从ball::do_copy(函数可以看到，如果被拷贝对象的diameter小于20，那么则将自身的diameter设置为20。因此，最后对象b2.b的成员与b1.b的成员数值不同。

1.4 compare

1.5 print

• uvm_default printer = uvm_default_line_printer; b1.print();
• uvm_default _printer = uvm_default_tree_printer ; b1.print() ;
• uvm_default_tree_printer:可以将对象按照树状结构打印。
• uvm_default_line_printer : 可以将对象数据打印到一行上面。
• uvm_default_table_printer : 可以将对象按照表格的方式打印。
• uvm_default_printer: UVM环境默认的打印设置，该句柄默认指向了uvm_default_table_printer。

1.6 pack&unpack

• tr.pack_bytes(data_q)   将所有字段打包成byte流，放入data_q中
• unpack_bytes  将一个byte流逐一恢复到某个类的实例中  按照`uvm_field_int注册时的顺序从上到下依次打包
• pack()    unpack()  将所有字段打包成bit流
• pack_ints()  unpack_ints()   将所有字段打包成int（4个byte，或者dword）流

2. phase机制

2.1 概述

• SV的验证环境构建中，我们可以发现，传统的硬件设计模型在仿真开始前，已经完成例化和连接了；而SV的软件部分对象例化则需要在仿真开始后执行。
• 虽然对象例化通过调用构建函数new()来实现，但是单单通过new()函数无法解决一个重要问题，那就是验证环境在实现层次化时，如何保证例化的先后关系，以及各个组件在例化后的连接。
• 此外如果需要实现高级功能，例如在顶层到底层的配置时，SV也无法在底层组件例化之前完成对底层的配置逻辑。
• 因此UVM在验证环境构建时，引入了phase机制，通过该机制我们可以很清晰地将UVM仿真阶段层次化。
• 这里的层次化，不单单是各个phase的先后执行顺序，而且处于同一phase中的层次化组件之间的phase也有先后关系。

2.2 运行阶段机制

1. 构造阶段（Construction phase）：在此阶段，验证环境的各个组件被创建并连接。包括创建和配置模型、生成各种信号和时钟，还有其他必要的前期准备工作。
2. 配置阶段（configuration phase）：在此阶段，各个组件的配置参数被设置，各种需要的连接关系建立起来。这些配置和连接可以通过 UVM 自带的配置机制进行设置。
3. 主阶段（Main phase）：在此阶段，主要进行测试的执行过程。此阶段使用各种事务 （transaction）进行通信，发送和接收交互信息，执行具体的测试功能，包括输入和输出数据的处理、引发事件等。
4. 收尾阶段（Shutdown phase）：在此阶段，进行一些清理工作，释放资源，存储统计信息和自检等。通常，这个阶段运行在主测试程序结束之后，以确保所有的资源被正确释放。

2.3 执行顺序

2.3.2 相同 phase 的在 uvm 树形结构的执行顺序

• 自上而下执行的 phase 有：build_phase，final_phase
• 自 下 而 上 执 行 的 phase 有 ： connect_phase ， end_of_elaboration_phase ， start_of_simulation_phase，reset phase，configuration phase，run_phase，main phase，shutdown phase ，extact_phase，check_phase，report_phase。

2.3.3 相同 phase 在 uvm 树形结构中的同级组件的执行顺序

• 如 driver 与 monitor，它们的执行顺序是按照字典序的，这里的字典序是依据 new 时指定的名字，例如有两个 agent，有一个 agent new 的名字为 a_agent，另一个 agent new 的名字为 b_agent，那么最先执行的是 a_agent 里的 build_phase 再是 b_agent 的 build_phase。
• 同样的 dadd_driver，dadd_imonitor， dadd_sequencer 是同级的 component，在 agent 中 new 的名字为 drv,imon,sqr，build_phase 执行的顺序是 dadd_driver,dadd_imonitor,dadd_sequencer

2.4 objection 机制 

• UVM 通过 phase 的 objection 机制来控制验证平台的关闭。在每个 phase 中，UVM会检查是否有 objection 被提起（raise_objection），如果有，那么等待这个 objection 被撤销（drop_objection）后停止仿真，如果没有则马上结束当前 phase。
• raise_objection和drop_objection 要成双成对出现了，注意：raise_objection 必须放在 main_phase 第一个消耗仿真时间的语句之前。
• object 机制会遍历所有 component 里的 phase 的 objection 是否被撤销，如果全部被 撤销才能进入下一个 phase。

例如下图所示，在执行到 task reset_phase 中会等到 component A，component B，component C 的 objection 全部被撤销之后才能进入 configure phase。

objection 机制的好处在于可有效的控制平台的执行和关闭，提高了验证平台的灵活性和可控性