做驗(yàn)證的兄弟應(yīng)該都撞見過(guò)這種鬼打墻的 bug你在 scoreboard 里比較完數(shù)據(jù)順手改了一下某個(gè) transaction 的字段做 debug結(jié)果下一拍發(fā)現(xiàn) reference model 那邊的同一筆數(shù)據(jù)也變了。代碼邏輯翻來(lái)覆去看了三遍沒有任何人對(duì)參考模型寫過(guò)數(shù)據(jù)。最后實(shí)在沒辦法把兩個(gè)對(duì)象的地址打出來(lái)一看——好家伙根本是同一個(gè)對(duì)象。這就是 SystemVerilogSV對(duì)象拷貝里最經(jīng)典的淺拷貝陷阱你以為是復(fù)制了一份數(shù)據(jù)實(shí)際上只是復(fù)制了一個(gè)句柄兩個(gè)變量牢牢握著同一塊內(nèi)存。再說(shuō)到標(biāo)題里的另一個(gè)主角參數(shù)化的類很多朋友剛接觸 SV 面向?qū)ο缶幊虝r(shí)會(huì)把它當(dāng)成 C 模板的低配版簡(jiǎn)單用class #(type T int)包一層就覺得完事。實(shí)際在驗(yàn)證環(huán)境里對(duì)象拷貝、參數(shù)化類和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換這三件事是纏在一起的參數(shù)化類經(jīng)常接收不同類型的 transaction而不同類型的對(duì)象在發(fā)出去之前往往需要做動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換失敗又可能引出一堆和拷貝相關(guān)的連帶問(wèn)題。這篇文章就把這三件事從原理到實(shí)操捋一遍最后再分享幾個(gè)我在真實(shí)項(xiàng)目里踩過(guò)、填過(guò)、覺得值得記住的坑。1. 改了 A 卻影響了 B對(duì)象拷貝中最常見的句柄共享事故1.1 一個(gè)能完美復(fù)現(xiàn)問(wèn)題的最小用例先把問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)還原出來(lái)。假設(shè)我們有一個(gè)最簡(jiǎn)單的包c(diǎn)lass pkt; int data; int id; endclass然后寫兩行幾乎所有人都寫過(guò)的代碼pkt a; pkt b; a new(); a.data 100; a.id 1; b a; // 你以為復(fù)制了一份 b.data 200; $display(a.data %0d, b.data %0d, a.data, b.data);這段代碼的打印結(jié)果是a.data 200, b.data 200。如果你心里預(yù)期的結(jié)果是a.data 100那你就撞上了 SV 對(duì)象語(yǔ)義里最基礎(chǔ)的一個(gè)特點(diǎn)b a并不會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象它只是把a(bǔ)這個(gè)句柄的值復(fù)制給了b兩個(gè)名字指到同一個(gè)對(duì)象上去了。很多從 C 語(yǔ)言或者從 Verilog 的reg、wire思維轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的朋友剛開始非常不適應(yīng)這件事。因?yàn)樵?C 里結(jié)構(gòu)體變量之間可以直接賦值值是整體搬過(guò)去的在 SV 里類變量不是值是引用。你復(fù)制引用不會(huì)復(fù)制對(duì)象就像你抄了一份通訊錄的地址不代表你把那個(gè)人也復(fù)制了一份。1.2 句柄、對(duì)象與內(nèi)存地址先把這個(gè)基礎(chǔ)焊死要徹底理解對(duì)象拷貝必須分清楚三個(gè)概念句柄handle、對(duì)象object和內(nèi)存地址。我們寫pkt a new();干的事情是在仿真器的堆上創(chuàng)建了一個(gè)pkt對(duì)象然后把指向這塊內(nèi)存的門牌號(hào)存進(jìn)變量a。a本身不是對(duì)象a是一個(gè)存放著對(duì)象地址的句柄變量。所以在 SV 里兩個(gè)句柄指向同一個(gè)對(duì)象是非常常見、也非常合法的狀態(tài)這不叫兩個(gè)一樣的對(duì)象而是對(duì)同一對(duì)象的兩個(gè)稱呼。一個(gè)更生活化的類比是對(duì)象是房子句柄是門牌號(hào)。b a只是把門牌號(hào)又抄了一份給你兩個(gè)人還是拿著同一個(gè)門牌號(hào)去找同一棟房子。你在房子 A 里重新裝修拿著另一份門牌號(hào)的 B 過(guò)來(lái)看看到的當(dāng)然也是裝修后的樣子。理解了這一點(diǎn)再看下面這些行為就會(huì)很清晰操作結(jié)果是否創(chuàng)建新對(duì)象b a;b 和 a 指向同一對(duì)象否b new(); b.copy(a);b 是新對(duì)象成員值來(lái)自 a是b a.copy();若實(shí)現(xiàn)了 copy 返回新對(duì)象是b new a;取決于類中是否定義接收 a 的構(gòu)造函數(shù)不一定1.3 從共享到獨(dú)立究竟差在哪知道了b a是共享句柄之后問(wèn)題就變成怎么讓兩個(gè)對(duì)象真正獨(dú)立最常見的偷懶寫法是b new(); b.data a.data; b.id a.id;這個(gè)寫法對(duì)只有兩個(gè)成員的類沒有問(wèn)題但 transaction 的成員通常不止兩三個(gè)。典型的一個(gè)總線事務(wù)對(duì)象可能有十幾個(gè)字段還有定長(zhǎng)數(shù)組、動(dòng)態(tài)數(shù)組、隊(duì)列、事件、其他對(duì)象的句柄甚至還要處理嵌套對(duì)象。你寫幾次b.xxx a.xxx就知道這種純手工逐字段復(fù)制的做法多寫兩個(gè)類之后一定會(huì)漏字段。前面表格里還提到一種寫法是b new a;這里要特別提醒SystemVerilog 不會(huì)像 C 那樣自動(dòng)給你生成一個(gè)以同類對(duì)象為入?yún)⒌目截悩?gòu)造函數(shù)。b new a實(shí)際調(diào)用的是new(a)這個(gè)調(diào)用能不能編譯、語(yǔ)義是否做拷貝完全取決于類里面有沒有顯式定義一個(gè)接收a類型參數(shù)的function new。如果類里沒有定義很多仿真器會(huì)直接報(bào)錯(cuò)或者行為未定義如果定義了那也是你寫的邏輯在起作用而不是語(yǔ)言默認(rèn)幫你拷貝。所以 SV 社區(qū)里最常見的、可移植性最好的拷貝方式是自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)copy()方法不要依賴這種語(yǔ)法糖。2. 淺拷貝和深拷貝的本質(zhì)new、copy 與 clone 的分工2.1 默認(rèn)行為解剖為什么 SV 不自動(dòng)給你一個(gè)拷貝構(gòu)造既然標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)沒有默認(rèn)拷貝構(gòu)造那我們就得自己把拷貝這件事做對(duì)。在做之前先明確兩個(gè)概念淺拷貝shallow copy和深拷貝deep copy。淺拷貝的定義是新對(duì)象創(chuàng)建出來(lái)后每個(gè)成員變量的值都復(fù)制了一遍。這句話聽起來(lái)很簡(jiǎn)單但有一個(gè)埋伏如果某個(gè)成員本身是另一個(gè)對(duì)象句柄那么復(fù)制這個(gè)句柄的值只是讓新對(duì)象和舊對(duì)象指向同一個(gè)子對(duì)象。舉個(gè)例子class addr_t; int addr; endclass class pkt; int id; addr_t addr; endclass如果我們寫一個(gè)淺拷貝函數(shù)function pkt shallow_copy(); shallow_copy new(); shallow_copy.id this.id; shallow_copy.addr this.addr; // 只復(fù)制了句柄兩個(gè)對(duì)象的 addr 還是同一個(gè) endfunction那么復(fù)制出來(lái)的pkt對(duì)象它的addr成員和原來(lái)的addr成員仍然共享同一個(gè)addr_t對(duì)象。這不一定都是壞事但它一定是你需要明確知道的語(yǔ)義。如果你在復(fù)制后把那邊的addr.addr改了這邊的也會(huì)跟著改。深拷貝則是不僅復(fù)制頂層對(duì)象還要把頂層對(duì)象手里所有的子對(duì)象、數(shù)組元素、隊(duì)列元素等全部遞歸復(fù)制一遍。深拷貝之后新舊對(duì)象之間除了字段值相同再?zèng)]有任何共享內(nèi)存。2.2 自實(shí)現(xiàn) copy 函數(shù)處理基本成員、對(duì)象成員與隊(duì)列成員在 SV 里一個(gè)可復(fù)用的深拷貝函數(shù)通常按下面幾步來(lái)寫。第一步處理所有內(nèi)建值類型成員int、bit、logic、enum、string等。這些直接賦值即可。第二步處理對(duì)象引用成員。對(duì)每個(gè)類成員要么調(diào)用它自己的copy()方法要么new()一個(gè)新的再逐字段賦值。第三步處理動(dòng)態(tài)數(shù)組、隊(duì)列、關(guān)聯(lián)數(shù)組。這一步最容易被漏。因?yàn)?SV 的數(shù)組賦值是比較智能的直接new_array old_array可以復(fù)制整個(gè)數(shù)組內(nèi)容所以不少人以為隊(duì)列也可以直接賦值就完事了。對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)組和隊(duì)列來(lái)說(shuō)直接賦值確實(shí)會(huì)復(fù)制元素但如果元素本身是對(duì)象句柄那復(fù)制的是句柄數(shù)組數(shù)組里的對(duì)象仍然是共享的。想深拷貝數(shù)組對(duì)象得用循環(huán)逐個(gè) deep copy。第四步處理可能存在的自引用和循環(huán)引用。比如類 A 里有一個(gè)A next成員深拷貝時(shí)如果不加判斷會(huì)無(wú)限遞歸下去。簡(jiǎn)單場(chǎng)景可以約定好只深拷貝數(shù)據(jù)對(duì)象不深拷貝連接關(guān)系復(fù)雜場(chǎng)景可以維護(hù)一個(gè)已經(jīng)拷貝過(guò)的舊對(duì)象到新對(duì)象的映射表碰到已拷貝過(guò)的對(duì)象直接返回已有副本。一個(gè)比較完整的手寫深拷貝模板如下class pkt; int id; string name; int payload[$]; addr_t addr; bit has_addr; function pkt copy(); pkt c new(); c.id this.id; c.name this.name; c.payload this.payload; // 隊(duì)列整體復(fù)制元素是 int沒問(wèn)題 if (this.has_addr) begin c.addr new(); c.addr.addr this.addr.addr; end c.has_addr this.has_addr; return c; endfunction function void copy_to(pkt rhs); rhs.id this.id; rhs.name this.name; rhs.payload this.payload; if (this.has_addr) begin if (rhs.addr null) rhs.addr new(); rhs.addr.addr this.addr.addr; end rhs.has_addr this.has_addr; endfunction endclass這里我故意寫了兩個(gè)函數(shù)一個(gè)copy()返回新對(duì)象一個(gè)copy_to(rhs)把內(nèi)容復(fù)制到一個(gè)已存在的對(duì)象。為什么需要兩個(gè)因?yàn)轵?yàn)證環(huán)境里兩種場(chǎng)景都有scoreboard 里希望再搞一個(gè)一樣的對(duì)象存起來(lái)用copy()driver 里希望把已經(jīng)創(chuàng)建好的對(duì)象內(nèi)容更新一下用copy_to()更省內(nèi)存。2.3 UVM 環(huán)境里 copy/clone 的常見約定如果你已經(jīng)在用 UVM很多對(duì)象繼承自u(píng)vm_objectUVM 自己有一套拷貝機(jī)制。核心是兩個(gè) virtual 方法copy和clone。默認(rèn)行為是copy調(diào)用do_copyclone創(chuàng)建新對(duì)象后調(diào)用copy。如果你的類沒有實(shí)現(xiàn)do_copy那么copy什么都不做clone只會(huì)返回一個(gè)空對(duì)象。UVM 的uvm_object_utils宏配合 field automation 時(shí)copy會(huì)按照字段宏定義逐個(gè)復(fù)制。但這里有個(gè)容易忽略的點(diǎn)field automation 對(duì)對(duì)象字段比如uvm_object_field默認(rèn)只復(fù)制句柄也就是淺拷貝。你聲明了uvm_object_utils不代表自動(dòng)深拷貝要深拷貝嵌套對(duì)象必須在do_copy里顯式處理或者約定好被嵌套對(duì)象不可變。我見過(guò)不少團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目手里的 base transaction 里實(shí)現(xiàn)一次完整的深拷貝copy然后所有派生事務(wù)類在重寫do_copy時(shí)先super.do_copy(rhs)再補(bǔ)自己新增的字段。這個(gè)思路簡(jiǎn)單又不容易漏推薦給還沒形成規(guī)范的項(xiàng)目。3. 驗(yàn)證環(huán)境里對(duì)象拷貝的實(shí)戰(zhàn)位置從 driver 到 scoreboard3.1 transaction 對(duì)象在組件間流動(dòng)時(shí)哪些環(huán)節(jié)必須拷貝搞清楚了拷貝的機(jī)制再把它放進(jìn)完整驗(yàn)證環(huán)境的上下文里。一個(gè)典型的約束隨機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)里transaction 對(duì)象是這樣流動(dòng)的generator 生成對(duì)象通過(guò) sequencer/driver 轉(zhuǎn)成接口信號(hào)monitor 從接口采樣得到對(duì)象發(fā)給 scoreboard 和 reference model。在這條鏈路上并不是每個(gè)環(huán)節(jié)都要拷貝。需要拷貝的地方通常是這兩類第一類是存檔場(chǎng)景。scoreboard 里經(jīng)常需要一個(gè)期望值隊(duì)列把進(jìn)入 DUT 之前的數(shù)據(jù)包保存起來(lái)等 DUT 輸出再做比對(duì)。如果直接把 generator 的那個(gè)句柄塞進(jìn)隊(duì)列后續(xù) driver 把同一對(duì)象改掉scoreboard 里存的東西也被改了比對(duì)就全面失真。這種場(chǎng)景必須深拷貝一份再入隊(duì)。第二類是并發(fā)處理場(chǎng)景。一個(gè)事務(wù)對(duì)象同時(shí)被多個(gè) component 處理時(shí)如果 A 組件要對(duì)它做標(biāo)記、加字段、改狀態(tài)而 B 組件希望看到原始狀態(tài)那么必須先復(fù)制出一份獨(dú)立對(duì)象給 A 用。不復(fù)制的話A 的修改會(huì)像一個(gè)全局變量一樣毒化所有引用者。不需要拷貝的場(chǎng)景interface 信號(hào)驅(qū)動(dòng)、mailbox 的純傳遞、只讀的數(shù)據(jù)分析。在這些場(chǎng)景里拷貝純屬浪費(fèi)仿真時(shí)間和內(nèi)存。3.2 mailbox 傳輸?shù)目截惻c否一種常見的性能與正確性權(quán)衡mailbox 是 SV 里最常用的線程間通信手段但它傳遞的同樣只是句柄。很多人也有一個(gè)疑問(wèn)把對(duì)象放進(jìn) mailbox要不要先 copy 一份答案取決于接收方是否會(huì)修改對(duì)象。如果接收方拿到對(duì)象后只是讀取并轉(zhuǎn)換成信號(hào)那么不拷貝沒有任何問(wèn)題還更高效。如果接收方拿到后要修改并且發(fā)送方之后還會(huì)用這個(gè)對(duì)象那么不拷貝就有隱患。一個(gè)比較穩(wěn)妥的約定是發(fā)送方一旦把對(duì)象放進(jìn) mailbox就視為所有權(quán)移交。后續(xù)想再保留數(shù)據(jù)發(fā)送方在 put 之前自己先深拷貝留存接收方擁有對(duì)對(duì)象的修改權(quán)。這樣責(zé)任邊界清晰不容易出現(xiàn)兩邊同時(shí)改一個(gè)對(duì)象的競(jìng)爭(zhēng)。一個(gè)額外提醒如果發(fā)送方在循環(huán)中重復(fù)使用同一個(gè)句柄發(fā)數(shù)據(jù)比如forever begin trans new(); // 隨機(jī)化、填充字段 mb.put(trans); end這種情況每次都是新對(duì)象不需要拷貝。但如果是復(fù)用同一個(gè)對(duì)象forever begin // 不重新 new只改改字段再發(fā) trans.data data; mb.put(trans); end接收方拿到的每一個(gè)包實(shí)際上都是同一個(gè)對(duì)象。等下一個(gè)循環(huán)改了data已經(jīng)進(jìn)入 mailbox 的包也會(huì)跟著變。這種 bug 比淺拷貝更隱蔽因?yàn)樗雌饋?lái)是每一包數(shù)據(jù)都一樣而不是某一包被篡改。排查到最后往往要打地址才會(huì)恍然大誤所有包全是一個(gè)地址。3.3 拷貝實(shí)踐中的典型錯(cuò)誤與查驗(yàn)習(xí)慣我在實(shí)際項(xiàng)目里見到的、以及自己犯過(guò)的典型錯(cuò)誤大致有這么幾類第一類定義了copy()但忘記維護(hù)新增字段。類加了一個(gè)新字段copy()沒同步更新導(dǎo)致復(fù)制出來(lái)的對(duì)象某些字段是默認(rèn)值。這個(gè)錯(cuò)誤平時(shí)很難發(fā)現(xiàn)因?yàn)榇蠖鄶?shù)時(shí)候你不比對(duì)每個(gè)字段只有在某個(gè)用例數(shù)據(jù)恰好依賴那個(gè)字段時(shí)才爆發(fā)。應(yīng)對(duì)辦法每次改 transaction 類時(shí)強(qiáng)制看一眼copy/do_copy方法或者干脆在 base 類里加一個(gè)自查方法比較兩個(gè)對(duì)象所有字段是否一致測(cè)試時(shí)點(diǎn)用一下。第二類把淺拷貝當(dāng)深拷貝用。對(duì)象成員、動(dòng)態(tài)數(shù)組里的對(duì)象元素都沒復(fù)制導(dǎo)致所有引用者共享子對(duì)象。尤其 UVM 的 field automation 默認(rèn)淺拷貝這個(gè)坑非常容易踩。寫代碼前先問(wèn)自己一句這個(gè)對(duì)象會(huì)不會(huì)在被復(fù)制之后繼續(xù)被別人改如果會(huì)請(qǐng)確認(rèn)嵌套成員都是深拷貝。第三類拷貝后忘記恢復(fù)隨機(jī)化狀態(tài)。SV 類的randomize()每次調(diào)用都會(huì)重新隨機(jī)如果拷貝函數(shù)內(nèi)部動(dòng)不動(dòng)new()出一個(gè)新對(duì)象把原來(lái)已經(jīng)滿足約束的數(shù)據(jù)覆蓋成隨機(jī)值就會(huì)出現(xiàn)比較不過(guò)但不知道哪里錯(cuò)的詭異問(wèn)題?？截惡瘮?shù)要嚴(yán)格只復(fù)制、不隨機(jī)。檢驗(yàn)拷貝是否深的一個(gè)好辦法復(fù)制后把舊對(duì)象里最內(nèi)層的一個(gè)字段改掉看新對(duì)象是否跟著變。寫一個(gè)調(diào)試用的check_independent()函數(shù)在測(cè)試環(huán)境常駐比事后排查省時(shí)間得多。4. 參數(shù)化類把一類多用寫進(jìn)類型系統(tǒng)4.1 參數(shù)化類解決了什么痛點(diǎn)對(duì)比宏定義和基礎(chǔ)類繼承對(duì)象拷貝解決的是內(nèi)容獨(dú)立參數(shù)化類解決的是類型通用。兩者在驗(yàn)證組件復(fù)用里經(jīng)常遇到。假設(shè)你要寫一個(gè)通用的generator它可以產(chǎn)生eth_pkt也可以產(chǎn)生axi_txn還可以產(chǎn)生i2c_seq。不用參數(shù)化的時(shí)候有兩條路一條路是寫一個(gè)以u(píng)vm_object為基類的通用類內(nèi)部保存uvm_object item然后在具體使用點(diǎn)把它$cast成目標(biāo)類型。這條路的問(wèn)題在于類型安全性差$cast失敗要到運(yùn)行期才能發(fā)現(xiàn)而且代碼里到處是類型轉(zhuǎn)換可讀性差。另一條路是用define宏生成整套代碼。宏替換做的代碼生成雖然也能復(fù)制代碼但它繞過(guò)了類型檢查、函數(shù)作用域和調(diào)試器宏展開的錯(cuò)誤信息經(jīng)常把真實(shí)行號(hào)搞沒維護(hù)成本非常高。參數(shù)化類把類型作為參數(shù)傳入相當(dāng)于讓編譯器幫你做類型檢查同時(shí)保留一套代碼的維護(hù)便利性。你用一份generator的實(shí)現(xiàn)就能生成generator#(eth_pkt)、generator#(axi_txn)這些類型特化每個(gè)特化都有自己的類型安全約束。4.2 語(yǔ)法拆解類型參數(shù)、整數(shù)參數(shù)、默認(rèn)值與實(shí)例化參數(shù)化類的語(yǔ)法本身并不復(fù)雜核心是把參數(shù)列表放在類名后面class generator #(type T uvm_object, int MAX_CNT 100); T current_item; int cnt; function new(string name generator); super.new(name); endfunction task run_phase(uvm_phase phase); repeat (MAX_CNT) begin if (!$cast(current_item, create_item())) begin uvm_fatal(CAST, $sformatf(cannot cast to %s, current_item.get_type_name())) end item_port.write(current_item); end endtask // 由子類重寫 virtual function T create_item(); create_item null; endfunction endclass實(shí)例化也沒有特殊之處generator#(eth_pkt) eth_gen; eth_gen generator#(eth_pkt)::type_id::create(eth_gen, this);需要注意幾個(gè)細(xì)節(jié)。第一參數(shù)列表里type T是類型參數(shù)int MAX_CNT 100是值參數(shù)值參數(shù)必須帶默認(rèn)值或者在使用時(shí)顯式給出否則實(shí)例化時(shí)編譯器會(huì)抱怨參數(shù)不夠。第二參數(shù)化類作為基類使用時(shí)子類必須指定參數(shù)不能繼續(xù)留一個(gè)未決定的 Tclass eth_generator extends generator#(eth_pkt); virtual function eth_pkt create_item(); eth_pkt p eth_pkt::type_id::create(p); return p; endfunction endclass第三如果你需要在類外前向聲明一個(gè)參數(shù)化類語(yǔ)法要寫成typedef class generator#(type T);不過(guò)這個(gè)寫法在不同仿真器上支持程度不完全一致如果你的仿真器不支持可以考慮換一種設(shè)計(jì)盡量避免對(duì)參數(shù)化類做前向聲明。4.3 參數(shù)化類中的靜態(tài)成員與常見假象參數(shù)化類一個(gè)容易出問(wèn)題的點(diǎn)是static成員。普通類里static成員是全局唯一的參數(shù)化類里的static成員按 SystemVerilog 標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)特化類型各有自己的一份。class typed_pool #(type T); static int pool_count; endclasstyped_pool#(A)::pool_count和typed_pool#(B)::pool_count是兩個(gè)完全獨(dú)立的變量。有些人會(huì)以為只要是 typed_pool 都是同一個(gè)靜態(tài)變量結(jié)果 A 類型累加了一個(gè)計(jì)數(shù)B 類型卻看不到查半天根本原因。這個(gè)行為在不同仿真器上曾經(jīng)也有過(guò)不一致的 bug如果你要大規(guī)模使用參數(shù)化類的靜態(tài)成員建議在項(xiàng)目初期先做一個(gè)最小用例跑一遍目標(biāo)仿真器確認(rèn)行為。還有一個(gè)常見的假象是兩個(gè)不同參數(shù)的特化類不要指望它們之間可以隨意賦值。generator#(eth_pkt)和generator#(axi_txn)是完全不同的類型即使它們的代碼結(jié)構(gòu)一模一樣。如果你想讓它們之間做某種通用操作必須讓它們繼承同一個(gè)非參數(shù)化基類。5. 參數(shù)化類 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換搭建一個(gè)類型安全的通用組件5.1 實(shí)戰(zhàn)需求一個(gè)可以指定事務(wù)類型的通用 generator最典型的組合使用場(chǎng)景是搭建一個(gè)帶約束的通用 generator它只負(fù)責(zé)生成、隨機(jī)化、發(fā)送對(duì)象至于具體生成什么類型的對(duì)象由參數(shù)T決定。比如 UART 項(xiàng)目需要一個(gè)uart_txn生成器SPI 項(xiàng)目需要一個(gè)spi_txn生成器代碼 90% 是重復(fù)的。參數(shù)化類把它縮成一份class gen_t #(type T uvm_sequence_item) extends uvm_sequence #(T); constraint c_default { item.size inside {[1:16]}; } virtual task body(); repeat (10) begin uvm_do(item) end endtask endclass這里面的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于uvm_sequence #(T)的REQ類型已經(jīng)被參數(shù)化為 TUVM 的宏uvm_do(item)會(huì)自動(dòng)對(duì) item 做正確的類型處理。如果不用參數(shù)化類你就得為每個(gè)事務(wù)類型各寫一個(gè)幾乎相同的 sequence 子類或者在基類里寫一個(gè)uvm_sequence_item類型的 item然后再在 body 里到處$cast。對(duì)象拷貝在這里也有一席之地當(dāng)你用uvm_do產(chǎn)生一個(gè) item 時(shí)UVM 內(nèi)部會(huì)調(diào)用 clone 將 item 復(fù)制到 sequencer 的請(qǐng)求隊(duì)列。如果你自己的事務(wù)類沒有實(shí)現(xiàn)正確的 copy/clone那么 sequence 里生成的事務(wù)和 sequencer 實(shí)際收到的可能就是兩個(gè)不同的東西甚至 field 都是默認(rèn)值。所以參數(shù)化組件和拷貝機(jī)制不是兩個(gè)孤立話題它們?cè)谀愕沫h(huán)境里始終是一起工作的。5.2 $cast 與靜態(tài)轉(zhuǎn)換類型轉(zhuǎn)換在參數(shù)化場(chǎng)景下的正確用法參數(shù)化類里的T雖然類型安全但一旦你把T類型的對(duì)象放到一個(gè)更通用的容器里比如uvm_object類型的成員或者uvm_tlm_fifo#(uvm_object)取出來(lái)的時(shí)候仍然要做類型轉(zhuǎn)換。SV 的對(duì)象類型轉(zhuǎn)換有兩種靜態(tài)轉(zhuǎn)換語(yǔ)法dst target_type(src)。對(duì)數(shù)值類型很常用比如把int轉(zhuǎn)成bit[7:0]會(huì)做截?cái)喟裭ogic[15:0]轉(zhuǎn)成int可能做位寬擴(kuò)展。對(duì)對(duì)象類型靜態(tài)轉(zhuǎn)換只是一個(gè)編譯期的斷言它告訴編譯器請(qǐng)認(rèn)為這個(gè)句柄是目標(biāo)類型但運(yùn)行時(shí)如果實(shí)際類型不匹配行為是未定義的通常會(huì)讓仿真崩潰或者返回一個(gè)無(wú)效的句柄。所以對(duì)對(duì)象類型進(jìn)行向下轉(zhuǎn)換時(shí)永遠(yuǎn)優(yōu)先用$cast。$cast有兩種用法一種是函數(shù)形式eth_pkt p; if (!$cast(p, obj)) begin uvm_error(CAST, obj is not eth_pkt) end另一種是void $cast(p, obj);用于你確定類型一定匹配、并且不想檢查返回值的場(chǎng)景。前者用于防御式編程后者用于性能敏感且邏輯已保證安全的場(chǎng)景。在參數(shù)化類里因?yàn)門是編譯期已知的類型你往往可以直接把uvm_object轉(zhuǎn)回Tclass consumer_t #(type T uvm_object) extends uvm_component; uvm_tlm_fifo#(uvm_object) fifo; virtual task run_phase(uvm_phase phase); uvm_object obj; T item; fifo.get(obj); if (!$cast(item, obj)) uvm_fatal(TYPE, $sformatf(expect %s, got %s, $typename(T), obj.get_type_name())) // 安全使用 item endtask endclass$typename(T)是調(diào)試類型不匹配時(shí)的利器編譯期展開成實(shí)際的類型名打印出來(lái)非常直觀。5.3 在這個(gè)組件里如何安全地做對(duì)象分發(fā)再進(jìn)一步參數(shù)化類加上$cast可以寫出很安全的分發(fā)器。比如你有一個(gè)uvm_analysis_port#(uvm_object)不同的 monitor 向里面扔不同類型的對(duì)象下游的參考模型通過(guò)參數(shù)化類只接管自己關(guān)心的類型。我這里有一個(gè)實(shí)際用過(guò)的簡(jiǎn)化版本。先定義一個(gè)參數(shù)化的filter_tclass filter_t #(type T uvm_object) extends uvm_component; T cached; int hit_cnt; int miss_cnt; uvm_component_param_utils(filter_t#(T)) function new(string name, uvm_component parent); super.new(name, parent); endfunction virtual function void write(uvm_object obj); T item; if ($cast(item, obj)) begin cached item; hit_cnt; end else begin miss_cnt; end endfunction virtual function void report_phase(uvm_phase phase); uvm_info(FILTER, $sformatf(hit%0d miss%0d typename%s, hit_cnt, miss_cnt, $typename(T)), UVM_LOW) endfunction endclass把這個(gè)類從uvm_subscriber#(uvm_object)派生出來(lái)每個(gè)組件可以在構(gòu)造函數(shù)里指定自己的 T。類型匹配的進(jìn)來(lái)類型不匹配的直接過(guò)濾。這種模式下對(duì)象從上游傳到下游時(shí)全程只有一個(gè)句柄在流動(dòng)沒有多余拷貝同時(shí)通過(guò)$cast保證了類型安全。關(guān)于這個(gè)組件還有一點(diǎn)值得提醒因?yàn)閒ilter_t#(T)的參數(shù)化UVM 的工廠注冊(cè)宏要用uvm_component_param_utils而不是uvm_component_utils。UVM 1.2 提供uvm_component_param_utils就是為了適配參數(shù)化類如果你用的是老版本 UVM這個(gè)宏可能沒有需要自己手動(dòng)實(shí)現(xiàn)type_id的 create 機(jī)制或者退一步用非參數(shù)化的基類加虛函數(shù)。這也是老項(xiàng)目里參數(shù)化類用得少的一個(gè)客觀原因。5.4 對(duì)象拷貝和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的聯(lián)動(dòng)一個(gè)我踩過(guò)的假轉(zhuǎn)換坑最后分享一個(gè)把拷貝和類型轉(zhuǎn)換結(jié)合使用時(shí)我實(shí)際踩過(guò)的坑。當(dāng)時(shí)我有一個(gè)base_txn里面定義了一個(gè)uvm_object_utils宏還有一個(gè)copy()方法邏輯看起來(lái)沒問(wèn)題。子類ext_txn繼承它但copy()重寫時(shí)只調(diào)了super.copy(rhs)忘了復(fù)制自己新增的數(shù)組字段。然后在 scoreboard 里我寫了個(gè)通用比較邏輯把期望對(duì)象和實(shí)際對(duì)象都塞進(jìn)一個(gè)uvm_object容器里等到比較時(shí)再$cast回base_txn。因?yàn)閮蓚€(gè)對(duì)象都是ext_txn類型$cast成功了數(shù)據(jù)比對(duì)卻總是失敗。打印出來(lái)一個(gè)字段是對(duì)的另一個(gè)字段是默認(rèn)值。最后定位才發(fā)現(xiàn)不是$cast的問(wèn)題而是copy()漏字段導(dǎo)致期望隊(duì)列里的對(duì)象一開始就是殘缺的。這個(gè)案例給我的教訓(xùn)是類型轉(zhuǎn)換負(fù)責(zé)分揀拷貝負(fù)責(zé)內(nèi)容完整分揀成功不代表內(nèi)容正確。排查問(wèn)題時(shí)要分清階段先確認(rèn)類型對(duì)不對(duì)再確認(rèn)數(shù)據(jù)備份有沒有做全。兩者混在一起排查往往會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。6. 從對(duì)象拷貝到參數(shù)化類我在項(xiàng)目里用得最順的幾個(gè)技巧把前面幾章的東西收攏一下分享幾個(gè)我在真實(shí)項(xiàng)目里沉淀下來(lái)的、直接能用的技巧和習(xí)慣。這些內(nèi)容不復(fù)雜但確實(shí)能幫你少走彎路。第一個(gè)技巧給所有 base transaction 實(shí)現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的deep_copy()約定。不管項(xiàng)目里有沒有 UVM我都建議在頂層基類里定義一個(gè)virtual function void deep_copy(input base_txn rhs)子類重寫時(shí)第一句永遠(yuǎn)是super.deep_copy(rhs);后面再?gòu)?fù)制自己的新字段。這樣任何子類對(duì)象都能通過(guò)基類句柄完成深拷貝不需要在每個(gè)場(chǎng)景里做類型分支。第二個(gè)技巧拷貝函數(shù)里統(tǒng)一使用copy_to風(fēng)格即把內(nèi)容填充到已分配的對(duì)象里而不是copy返回新對(duì)象。返回新對(duì)象在語(yǔ)法上更直觀但每次調(diào)用都會(huì)new()在高頻率的 scoreboard 比對(duì)場(chǎng)景里會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)象創(chuàng)建和釋放給仿真器 GC 帶來(lái)壓力。copy_to配合對(duì)象池能把內(nèi)存分配次數(shù)降下一大截實(shí)測(cè)在高吞吐場(chǎng)景下仿真速度能有可感知的提升。第三個(gè)技巧參數(shù)化類的類名里盡量帶上類型名比如gen_t#(eth_pkt)在打印日志時(shí)會(huì)顯示gen_t#(eth_pkt)非常利于調(diào)試。如果嫌名字長(zhǎng)可以在實(shí)例化時(shí)用typedef起個(gè)短名typedef gen_t#(eth_pkt) eth_gen_t;這個(gè)短名只在當(dāng)前作用域生效不污染全局命名空間日志里還能看到完整類型信息兩全其美。第四個(gè)技巧多線程共享句柄時(shí)把 SV 的 timeslot 調(diào)度機(jī)制納入考慮。同一個(gè) time slot 內(nèi)fork...join_none啟動(dòng)的線程和主線程看到的對(duì)象狀態(tài)是一致的如果你在子線程里改了對(duì)象字段主線程下一行代碼立刻也能看到。這個(gè)立刻可見其實(shí)經(jīng)常是 copy 漏寫的信號(hào)如果你發(fā)現(xiàn)一個(gè)對(duì)象被多個(gè)線程同時(shí)修改與其依賴仿真器調(diào)度順序不如先檢查是不是某個(gè)地方缺少深拷貝。我見過(guò)不少偶發(fā)性的 compare mismatch最后都是這個(gè)原因。第五個(gè)技巧用$typename()打印真實(shí)類型尤其是在參數(shù)化類的工廠創(chuàng)建和$cast失敗現(xiàn)場(chǎng)。SV 的內(nèi)建$typename()函數(shù)對(duì)參數(shù)化類的輸出比get_type_name()更準(zhǔn)確因?yàn)間et_type_name()在參數(shù)化類里經(jīng)常返回空白或者同一個(gè)名字你沒法區(qū)分究竟是哪個(gè)參數(shù)特化出來(lái)的對(duì)象。結(jié)合前面的 filter 例子我在所有類型轉(zhuǎn)換失敗的地方都會(huì)打一行$typename(obj)對(duì)$typename(T)把實(shí)際類型和期望類型擺在一起看基本一眼定位。這些技巧看著零散但背后的核心思想是一致的面向?qū)ο篁?yàn)證代碼的很多 bug本質(zhì)都是對(duì)象身份和對(duì)象內(nèi)容這兩件事沒分清楚?？截惤鉀Q的是內(nèi)容獨(dú)立參數(shù)化解決的是類型通用$cast解決的是類型安全這三者配合好了驗(yàn)證組件可以做到又通用又不容易出錯(cuò)。最后再啰嗦一句SV 的面向?qū)ο髾C(jī)制上手語(yǔ)法一天就夠了但真正用得穩(wěn)一定是在項(xiàng)目里一遍遍踩過(guò)、觀察過(guò)對(duì)象生命周期之后。希望這篇從對(duì)象拷貝講到參數(shù)化類的文章能幫你少踩幾個(gè)我踩過(guò)的坑。