为啥在多模块调试的情况下$monitor需要配合$monitoron和$monitoroff来工作

Posted 2023-04-25

参考技术A 1.系统任务 $monitor格式：$monitor（p1,p2,….pn）;$monit0r;$monitoron;$monitoroff;任务$monitor提供了监视和输出参数列表中的表达式或变量的功能。其参数列表中输出控制格式字符串和输出列表的规则和$display中一样。当启动一个带有一个或多个参数的$monitor任务时，仿真器则建立一个处理机制，使得每当参数列表中变量或表达式的值发生变化时，整个参数列表中的变量或表达式的值都输出显示。如果同一时刻，两个或多个参数的值发生变化则在该时刻只输出一次。但在$monitor中，参数可以是$time系统函数。$monitoron和$monitoroff任务的作用是通过打开和关闭监控标志来控制监控任务$monitor的启动和停止，这样就可以控制$monitor的发生。其中$monitoroff任务用于关闭监控标志，停止监控任务$monitor，$monitoron则用来打开监控标志，启动监控任务$monitor。通常在通过调用$monitoron来启动$monitor时，不管$monitor参数列表中的值是否发生变化，总是立刻输出显示当前的时刻参数列表中的值，这用于在监视的初始时刻设定初始比较值。在默认情况下，控制标志在仿真的起始刻就已经打开了。在多模块调试的情况下，许多模块中都调用了$monitor，因为任何时刻只能有宇哥$monitor起作用，因此需配合$monitoron与$monitoroff使用，把需要监视的模块用$monitoron打开，在监视完毕后及时用$monitoroff关闭，以便把$monitor让给其他模块使用。$monitor与$display的不同处还在于$monitor往往在initial块中调用，只要不调用$monitoroff，$monitoron便不间断地对所设定的信号进行监视。2.时间度量系统函数$time（1）系统函数$time$time可以返回一个64位的整数来表示的当前仿真时刻值。该时刻是以模块的仿真时间尺度为基准的。（2）$realtime

系统函数$realtime和$time的作用是一样的，只是$realtime返回的时间数字是一个实型数，该数字也是以时间尺度为基准的。3.系统任务$finish格式：$finish;$finish(n);系统任务$finish的作用是退出仿真器。也可以带参数，根据参数的值输出不同的特征信息。如果不带参数，默认$finish的参数树枝为1.0
不输出任何信息；1 输出当前仿真时刻和位置；2
输出当前仿真时刻，位置和在仿真过程中所用memory及CPU的时间统计。4.系统任务$stop格式：$stop;$stop(n)；$stop任务的作用是把EDA工具置成暂停模式，在仿真环境下给出一个交互式的命令提示符，将控制权交给用户。这个任务可以带有参数表达式。5.系统任务$readmemb和$readmemh用来从文件中读取数据到存储器中。这两个系统任务可以在仿真的任意时刻被执行，格式：（1）$readmemb（"<数据文件名>",<存储器名>）;（2）$readmemb（"<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>）;（3）$readmemb（"<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>,<结束地址>）;（4）$readmemh（"<数据文件名>",<存储器名>）;（5）$readmemh（"<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>）;（6）$readmemh（"<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>,<结束地址>）;在这两个系统任务中，被读取的数据文件的内容只能包含：空白位置（空格、换行、制表符（tab）和form-feeds），注释行（//形式的和形式的都允许）、二进制或十六进制的数字。数字中不能包含位宽的说明和格式说明，对与$readmemb系统任务，每个数字必须是二进制数，对于$readmemh系统任务，每个数字必须是十六进制。数字中不定值x或X，高阻值z或Z和下划线的使用方法及代表的意义与一般VERILOG

HDL程序的语法和用意一样6.系统任务$random这个系统函数提供了一个产生随机数的手段。当函数被调用时返回一个32位的随机数。他是一个带符号的整数。$random一般用法是：$random%b，其中b>0。他给出一个范围在（-b+1）:（b-1）中的随机数。7.编译预处理（1）宏定义`define用一个指定的标识符来代表一个字符串，他的一般形式为：`define标识符（宏名）字符串（宏内容）这种方法可以以一个简单的的名字代替一个长的字符串，也可以用一个有含义的名字来代替没有含义的数字和符号。说明：1）宏名可以用大些字母也可以用小写字母。建议用大些！2）`define命令可以出现在模块定义里面，也可以出现在模块定义外面。红名的有效范围为定义命令之后到原文结束，通常定义在模块外面，作为程序的一部分，在此程序有效。3）在引用一定义的宏名时，必须在宏名的前面加上符号“`”，表示该名字是个经过宏定义的名字。4）使用宏定义可以提高程序的可移植性和可读性。5）宏定义是用宏名代替一个字符串，也就是做简单的置换，不做语法检查。预处理时照样带如，不管是否正确。只有在编译已被宏展开的源程序才报错。6）宏定义不是Verilog语句，不必在行末加分号。如果加了分号会连分号一起进行置换。7）在进行宏定义时，可以引用已定义的宏名，可以层层置换。8）宏名和宏内容必须在同一行中进行声明。如果在宏内容中包含有注释行，注释行不会作为被置换的内容。（2）“文件包含”处理`include所谓“文件包含”处理是一个源文件可以将另外的源文件的全部内容包含进来，即另外的文件包含到本文件之中。可以节省设计时间；可以将一些常用的的宏定义或任务组成一个文件夹，然后将这些宏定义包含到自己所写的源程序中。说明：1）一个`include命令只能指定一个被包含的文件，如果包含n个文件要用n个`include命令。2）`include命令可以出现在Verilog源程序的任何地方，被包含的文件名可以是相对路径也可以是绝对路径。3）可以将多个`include命令写在一行，在`include命令行，可以出现空格和注释行。4）如果文件1包含文件2，文件2要用到文件3的内容，则在文件1用两个`include分别包含文件2和文件3，而且文件3应出现在文件2之前。这样，文件1和文件2都可以用到文件3中的内容。在文件2中不必在用`include了。5）在一个被包含文件中又可以包含另一个被包含的文件，即文件包含可以是嵌套的。（3）时间尺度`timescale`timescale命令用来说明跟在该命令后的模块的时间单位和时间精度。使用`timesale命令可以在同一个设计里面包含采用了不同的时间单位模块。格式：

`timesale<时间单位>/<时间精度>（4）条件编译命令`ifdef、`else、`endif 参考技术B monitoron和monitoron和monitoroff任务的作用是通过打开和关闭监控标志来控制监控任务monitor的启动和停止，这样使得程序员可以很容易的控制monitor的启动和停止，这样使得程序员可以很容易的控制monitor何时发生。monitoron来启动monitoron来启动monitor时不管monitor参数列表中的值是否发生改变，总是立刻输出显示当前时刻参数列表中的值，这用于在监控的初始时刻设定初始比较值。在默认情况下，控制标志在仿真的起始时刻就已经打开了。在多模块调试的情况下，许多模块都调用了monitor参数列表中的值是否发生改变，总是立刻输出显示当前时刻参数列表中的值，这用于在监控的初始时刻设定初始比较值。在默认情况下，控制标志在仿真的起始时刻就已经打开了。在多模块调试的情况下，许多模块都调用了monitor，因为任何时刻只能用一个monitor起作用，因此需要配合monitor起作用，因此需要配合monitoron与monitoroff使用，把需要监视的模块用monitoroff使用，把需要监视的模块用monitor打开，在监视完毕后及时用monitoroff关闭，以便把monitoroff关闭，以便把monitor让给其它模块使用。

.NET 中的锁定（监视器）内部实现

【中文标题】.NET 中的锁定（监视器）内部实现

【英文标题】：Lock (Monitor) internal implementation in .NET

【发布时间】：2011-07-03 23:08:01

【问题描述】：

要掌握某些技术，您必须知道它是如何在更低的抽象级别上实现的。在多线程编程的情况下，最好了解同步原语。 这是一个问题，如何在 .NET 中实现 Lock (Monitor)？

我对这些方面很感兴趣： - 它是否使用操作系统对象？; - 它需要用户模式还是内核模式？; - 等待锁定的线程的开销是多少？; - 在什么情况下，等待锁的线程队列可能会被违反？

更新： “如果多个线程争用锁，它们将在“就绪队列”中排队，并按照先到先得的原则授予锁。注意：Windows 和 CLR 行为中的细微差别意味着队列的公平性有时会被违反。”[C# 4.0 in a Nutshell, Joseph Albahari] 所以这就是我在最后一个关于“违反队列”的问题中要问的问题。

【问题讨论】：

不，用户，无论获取锁需要多长时间，都不知道“违规队列”是什么样的。试着提出一个更好的问题。

如果我没记错的话，它会尝试旋转一段时间，如果这不起作用，它会返回内核。因此，如果锁不被争用，它会相当便宜，但对于高锁争用，它可能会变得更加昂贵。

此行为看起来与 Windows 中的关键部分相同。这是否意味着关键部分在后台使用？

【参考方案1】：

Wikipedia article 很好地描述了“监视器”是什么，以及它的底层技术条件变量。

请注意，.NET Monitor 是条件变量的正确实现；大多数已发布的 CV 的 Win32 实现都是不正确的，即使是在通常有信誉的来源（如 Dobbs 博士）中找到的也是如此。这是因为简历cannot easily be built from the existing Win32 synchronization primitives。

.NET CV 实现不是仅仅在 Win32 原语上构建一个浅层（且不正确）的包装器，而是利用它位于 .NET 平台上的事实，实现自己的等待队列等。

【讨论】：

在 .NET 4.0 中它更加正确。如果在Monitor.Enter 之后出现异常，则有可能使锁保持“卡住”（参见***.com/questions/2837070/…）

如果您想在 Win32 中使用条件变量，请使用随 Windows V6 (Vista/2008) 引入的操作系统实现：msdn.microsoft.com/en-gb/library/ms682052(VS.85).aspx

@Richard：感谢您的提示！我不知道他们在 Win32 级别引入了这个。

你的***链接没有回答任何问题，问题的最重要部分是内核与用户模式......那篇文章是另一个聪明的聪明点

【参考方案2】：

经过一些调查，我找到了问题的答案。一般来说，CodeInChaos 和 Henk Holterman 是对的，但这里有一些细节。

当线程首先开始与其他线程竞争锁时，它会旋转等待循环一段时间以尝试获取锁。所有这些操作都在用户模式中执行。然后如果没有成功的操作系统内核对象Event 创建，线程切换到内核模式 并等待来自这个Event 的信号。

所以回答我的问题是： 1. 在更好的情况下不，但在更糟糕的情况下是（Event 对象在需要时懒惰地创建）； 2. 一般在用户模式下工作，但如果线程竞争锁的时间过长，线程可以切换到内核模式（通过Win API非托管函数调用）； 3. 从用户模式切换到内核模式的开销（约 1000 个 CPU 周期）； 4. 微软声称它是像 FIFO 一样的“诚实”算法，但它不保证这一点。 （例如，如果来自“等待队列”的线程将被挂起，它将在恢复时移动到队列的末尾。）

【讨论】：

您能发布任何研究资料吗？那会很有帮助

我想看看1和2语句的详细解释。我想知道 .NET 何时决定在 Monitor 实现中进入内核模式

这在 Clr Via C# 中有详细讨论，Jeffrey Richter 称其为“混合锁”。在用户模式下，监视器旋转并与其他线程竞争（因为它们没有被阻塞），一旦它们被提升为内核模式锁，它们就会被阻塞，从而释放周期。