*2.2.4 加入virtual interface

Posted 2020-09-17 那些城市那些年

在前几节的例子中，driver中等待时钟事件（@posedge top.clk）、给DUT中输入端口赋值（top.rx_dv <= 1‘ b1）都是使用绝对路径，绝对路径的使用大大减弱了验证平台的可移植性。一个最简单的例子就是假如clk信号的层次从top.clk变成了top.clk_inst.clk，那么就需要对driver中的相关代码做大量修改。因此，从根本上来说，应该尽量杜绝在验证平台中使用绝对路径。

避免绝对路径的一个方法是使用宏：

代码清单　2-11
`define TOP top_tb
task my_driver::main_phase(uvm_phase phase);
   phase.raise_objection(this);
   `uvm_info("my_driver", "main_phase is called", UVM_LOW);
   `TOP.rxd <= 8‘b0;
   `TOP.rx_dv <= 1‘b0;
   while(!`TOP.rst_n)
      @(posedge `TOP.clk);
   for(int i = 0; i < 256; i++)begin
      @(posedge `TOP.clk);
      `TOP.rxd <= $urandom_range(0, 255);
      `TOP.rx_dv <= 1‘b1;
      `uvm_info("my_driver", "data is drived", UVM_LOW);
   end
   @(posedge `TOP.clk);
   `TOP.rx_dv <= 1‘b0;
   phase.drop_objection(this);
endtask

这样，当路径修改时，只需要修改宏的定义即可。但是假如clk的路径变为了top_tb.clk_inst.clk，而rst_n的路径变为了top_tb.rst_inst.rst_n，那么单纯地修改宏定义是无法起到作用的。

避免绝对路径的另外一种方式是使用interface。在SystemVerilog中使用interface来连接验证平台与DUT的端口。

interface的定义比较简单：

代码清单　2-12
文件：src/ch2/section2.2/2.2.4/my_if.sv
  4 interface my_if(input clk, input rst_n);
  5
  6   logic [7:0] data;
  7   logic valid;
  8 endinterface

定义了interface后，在top_tb中实例化DUT时，就可以直接使用：

代码清单　2-13
文件：src/ch2/section2.2/2.2.4/top_tb.sv
 17 my_if input_if(clk, rst_n);
 18 my_if output_if(clk, rst_n);
 19
 20 dut my_dut(.clk(clk),
 21            .rst_n(rst_n),
 22            .rxd(input_if.data),
 23            .rx_dv(input_if.valid),
 24            .txd(output_if.data),
 25            .tx_en(output_if.valid));

那么如何在driver中使用interface呢？一种想法是在driver中声明如下语句，然后再通过赋值的形式将top_tb中的input_if传递给它：

代码清单　2-14
class my_driver extends uvm_driver;
  my_if  drv_if;
  …
endclass

读者可以试一下，这样的使用方式是会报语法错误的，因为my_driver是一个类，在类中不能使用上述方式声明一个interface，只有在类似top_tb这样的模块（module）中才可以。在类中使用的是virtual interface：

代码清单　2-15
文件：src/ch2/section2.2/2.2.4/my_driver.sv
  3 class my_driver extends uvm_driver;
  4
  5   virtual my_if vif;

在声明了vif后，就可以在main_phase中使用如下方式驱动其中的信号：

代码清单　2-16
文件：src/ch2/section2.2/2.2.4/my_driver.sv
 23 task my_driver::main_phase(uvm_phase phase);
 24    phase.raise_objection(this);
 25    `uvm_info("my_driver", "main_phase is called", UVM_LOW);
 26    vif.data <= 8‘b0;
 27    vif.valid <= 1‘b0;
 28    while(!vif.rst_n)
 29       @(posedge vif.clk);
 30    for(int i = 0; i < 256; i++)begin
 31       @(posedge vif.clk);
 32       vif.data <= $urandom_range(0, 255);
 33       vif.valid <= 1‘b1;
 34       `uvm_info("my_driver", "data is drived", UVM_LOW);
 35    end
 36    @(posedge vif.clk);
 37    vif.valid <= 1‘b0;
 38    phase.drop_objection(this);
 39 endtask

可以清楚看到，代码中的绝对路径已经消除了，大大提高了代码的可移植性和可重用性。

剩下的最后一个问题就是，如何把top_tb中的input_if和my_driver中的vif对应起来呢？

最简单的方法莫过于直接赋值。此时一个新的问题又摆在了面前：在top_tb中，通过run_test语句建立了一个my_driver的实例，但是应该如何引用这个实例呢？不可能像引用my_dut那样直接引用my_driver中的变量：top_tb.my_dut.xxx是可以的，但是top_tb.my_driver.xxx是不可以的。这个问题的终极原因在于UVM通过run_test语句实例化了一个脱离了top_tb层次结构的实例，建立了一个新的层次结构。

对于这种脱离了top_tb层次结构，同时又期望在top_tb中对其进行某些操作的实例，UVM引进了config_db机制。在config_db机制中，分为set和get两步操作。所谓set操作，可以简单地理解成是“寄信”，而get则相当于是“收信”。

在top_tb中执行set操作：

代码清单　2-17
文件：src/ch2/section2.2/2.2.4/top_tb.sv
 44 initial begin
 45   uvm_config_db#(virtual my_if)::set(null, "uvm_test_top", "vif", input_if);
 46 end

在my_driver中，执行get操作：

代码清单　2-18
文件：src/ch2/section2.2/2.2.4/my_driver.sv
 13   virtual function void build_phase(uvm_phase phase);
 14     super.build_phase(phase);
 15     `uvm_info("my_driver", "build_phase is called", UVM_LOW);
 16     if(!uvm_config_db#(virtual my_if)::get(this, "", "vif", vif))
 17        `uvm_fatal("my_driver", "virtual interface must be set for vif!!!")
 18   endfunction

这里引入了build_phase。与main_phase一样，build_phase也是UVM中内建的一个phase。当UVM启动后，会自动执行build_phase。build_phase在new函数之后main_phase之前执行。在build_phase中主要通过config_db的set和get操作来传递一些数据，以及实例化成员变量等。需要注意的是，这里需要加入super.build_phase语句，因为在其父类的build_phase中执行了一些必要的操作，这里必须显式地调用并执行它。build_phase与main_phase不同的一点在于，build_phase是函数phase，而main_phase是任务phase，build_phase是不消耗仿真时间的。build_phase总是在仿真时间（$time函数打印出的时间）为0时执行。

在build_phase中出现了uvm_fatal宏，uvm_fatal宏是一个类似于uvm_info的宏，但是它只有两个参数，这两个参数与uvm_info宏的前两个参数的意义完全一样。与uvm_info宏不同的是，当它打印第二个参数所示的信息后，会直接调用Verilog的finish函数来结束仿真。uvm_fatal的出现表示验证平台出现了重大问题而无法继续下去，必须停止仿真并做相应的检查。所以对于uvm_fatal来说，uvm_info中出现的第三个参数的冗余度级别是完全没有意义的，只要是uvm_fatal打印的信息，就一定是非常关键的，所以无需设置第三个参数。

config_db的set和get函数都有四个参数，这两个函数的第三个参数必须完全一致。set函数的第四个参数表示要将哪个interface通过config_db传递给my_driver，get函数的第四个参数表示把得到的interface传递给哪个my_driver的成员变量。set函数的第二个参数表示的是路径索引，即在2.2.1节介绍uvm_info宏时提及的路径索引。

在top_tb中通过run_test创建了一个my_driver的实例，那么这个实例的名字是什么呢？

答案是uvm_test_top：UVM通过run_test语句创建一个名字为uvm_test_top的实例。读者可以通过把代码清单2-3中的语句插入my_driver（build_phase或者main_phase）中来验证。

无论传递给run_test的参数是什么，创建的实例的名字都为uvm_test_top。由于set操作的目标是my_driver，所以set函数的第二个参数就是uvm_test_top。set函数的第一个参数null以及get函数的第一和第二个参数可以暂时放在一边，后文会详细说明。

set函数与get函数让人疑惑的另外一点是其古怪的写法。使用双冒号是因为这两个函数都是静态函数，而uvm_config_db#(virtual my_if)则是一个参数化的类，其参数就是要寄信的类型，这里是virtual my_if。假如要向my_driver的var变量传递一个int类型的数据，那么可以使用如下方式：

代码清单　2-19
initial begin
   uvm_config_db#(int)::set(null, "uvm_test_top", "var", 100);
end

而在my_driver中应该使用如下方式：

代码清单　2-20
class my_driver extends uvm_driver;
   int var;
   virtual function void build_phase(uvm_phase phase);
      super.build_phase(phase);
      `uvm_info("my_driver", "build_phase is called", UVM_LOW);
     if(!uvm_config_db#(virtual my_if)::get(this, "", "vif", vif))
       `uvm_fatal("my_driver", "virtual interface must be set for vif!!!")
     if(!uvm_config_db#(int)::get(this, "", "var", var))
       `uvm_fatal("my_driver", "var must be set!!!")
  endfunction

从这里可以看出，可以向my_driver中“寄”许多信。上文列举的两个例子是top_tb向my_driver传递了两个不同类型的数据，其实也可以传递相同类型的不同数据。假如my_driver中需要两个my_if，那么可以在top_tb中这么做：

代码清单　2-21
initial begin
   uvm_config_db#(virtual my_if)::set(null, "uvm_test_top", "vif", input_if);
   uvm_config_db#(virtual my_if)::set(null, "uvm_test_top", "vif2", output_if);
end

在my_driver中这么做：

代码清单　2-22
virtual my_if vif;
virtual my_if vif2;
virtual function void build_phase(uvm_phase phase);
  super.build_phase(phase);
  `uvm_info("my_driver", "build_phase is called", UVM_LOW);
  if(!uvm_config_db#(virtual my_if)::get(this, "", "vif", vif))
    `uvm_fatal("my_driver", "virtual interface must be set for vif!!!")
  if(!uvm_config_db#(virtual my_if)::get(this, "", "vif2", vif2))
    `uvm_fatal("my_driver", "virtual interface must be set for vif2!!!")
endfunction