IC验证中的打包思想简析

System Verilog（SV）语言的Class本身就带有“打包”的基因。众所周知，SV语言的很多特性是派生自C++语言的。C++的class就把变量、参数以及相关的处理操作都打包在一起了。SV的class也天然具备了这个品性。关于这点本文不过多赘述，只谈谈与验证者编码时可真真切切直观感受到的那些“打包”的操作痕迹。

Chapter1. config_file（cfg）

验证者在验证平台中定义的参数和变量，既可调整仿真的行为，也可约束配置的范围，是对验证平台的必要的装点和修饰。若把验证平台比作一个姑娘，那么参数和变量就像是姑娘身上的发卡、耳环、项链和手表。

通常验证者会创建一个config_file（cfg），在其中定义参数和变量。对于一些rand变量，也会在该文件中定义相关的constraints。同时，也会在该cfg文件中对全部的变量参数进行注册（register）。

关于这种做法，有同学难免要问：在验证平台组件中，直接定义要用的参数或变量，不香么？随时要用，随手定义。

闵老师觉得，这个世界上绝对的事情非常稀少，尤其是在成年人的世界，非黑即白，从来鲜有。这也是他多年成长的领悟之一。

具体来说，与在组件中直接定义参数和变量相比，统一定义，即用cfg文件“打包”全部的参数和变量，有三点好处：两小一大。

小的好处1：rand变量可统一随机，即通过执行cfg.randomize()实现全部cfg内的rand变量都根据定义的constraint进行随机。一步操作，生成全部变量的随机值。

小的好处2：可统一将全部随机参数和变量，在cfg中进行注册。

大的好处：集中管理全部的参数和变量。举例说明：

其一，参数变量都在cfg中，review代码比较方便，提升了代码规范性和可读性。

其二，涉及到参数和变量的访问可都通过访问cfg实现，操作方便。

其三，可通过传递cfg句柄的方法实现全部的参数和变量的“打包”传输。

其四，统一随机全部rand变量。

其五，可通过继承扩展（extend）cfg文件，或直接实例化cfg所在验证平台，实现对cfg的重用，进而实现对该验证平台的参数和变量的重用，也提升了验证平台的重用性。

姑娘通常会找一个包统一放置她们的发卡、耳环、项链和手表，验证者也应该写一个cfg文件统一“打包”变量和参数。

Chapter2. interface.clock_block

interface文件本身就把一个接口的全部信号打包在一起了。而clock_block可认为是二次打包。即针对同一接口的信号，进行了统一的时钟同步处理和setupTime_holdTime的行为模拟。

图3 input skew & output skew

在上图中，input skew可等价于setup time，Output skew可等价于hold time。在仿真中，clock block的信号的采样时刻应该是clock有效边沿之前input skew时间的时刻。新的数据驱动到接口的时刻是clock有效边沿之后经过output skew时间的时刻。

在clock block中定义的信号是有方向性的，这个方向是相对于TestBench或DUT而定的。参照系不同，方向也就不同。为了解决这个问题，SV又定义了modport。验证者在interface中可通过modport把不同参照系的clock block分别进行实例化，以便分开使用。该操作也可看做是对clock block的“打包”。如此这般，经过对接口信号的三次“打包”，可整体统一处理接口信号的驱动和采样，也提升了代码的规范性和清晰度。

Chapter 3. checker_scoreboard

Scoreboard，也叫计分板，是针对一种特定的事务进行统计的装置。例如在基于令牌（Token）的Cache Coherence协议中，就通过scoreboard统计Token的数目。

图4 scoreboard

在验证者看来，scoreboard是针对一种特定的报文（transaction）进行自动化的比对和结果统计的组件。报文是扩展自uvm_sequence_item，报文的比对函数compare()也在uvm_sequence_item的父类uvm_object中被定义好了。因此，一个scoreboard可实现一种特定报文的检查。

图5 UVM中的compare函数

当需要检查多种报文该怎样做？直接在环境顶层文件env中实例化多个scoreboard吗？

从“打包”的角度看，直接定义多个scoreboard不好。会显得代码组件分布的有些散乱，就像把各色的盘子零散的放到了厨房的各个角落。还是建议把各个scoreboard也“打包”一下。创建一个专门的组件中，姑且给他命名为checker。再将各个scoreboard实例化到checker中。最后只需要再在env中实例化一个checker组件。

这样一来，checker组件作为专门负责检查报文的组件，在验证平台中占据了重要的一席之地，不仅所有的scoreboard也都归他管理，而且环境中定义的一些动态比对操作，检查RTL信号的操作，也可“打包”放置到checker中。就像橱柜收纳了所有的盘子碗碟后厨房变得整洁了，checker组件使得验证平台变得规整了很多。

Chapter 4. agent_drv/mon/seqr/transaction

有一天，几个验证同学在教室里聊天，有个同学提了一个问题：“transaction是报文，sequence管理报文，sequencer发送报文，driver将事务级的报文按时序驱动到接口，monitor把接口的时序采样成事务级的报文。他们似乎已把接口的行为模型要干的活儿都干完了，为啥UVM还要搞一个agent？这个家伙在接口数据流的行为模拟中，除了把sequencer和driver连接起来，也没有啥具体的或者实质性的工作，为啥UVM还把整个接口行为模拟相关的多个组件组合起来称为agent。”

“凭啥？怎么看怎么像是一个尸位素餐却身居高位的闲人。”提问的同学越说越生气。

“其实这里有“打包”的思想的影子呢。”闵老师走进教室，轻轻拍了拍那同学的肩膀，让他坐下。“如果没有agent，各个接口行为模型的各个组件散落开来，那么验证平台会多么散乱呀，尤其是当DUT有多个接口，需要开发多个接口的行为模型时。验证者要怎么安置这些driver，monitor，sequencer呢，直接把它们都实例化到env中去吗，那岂不是乱了套了。咱们是高三16班，试想下如果没有分班，整个年级的学生都做在一起，那可怎么上课。”

“哦，我明白了，就是把agent当成一个空空的口袋，把接口行为模型的那些代码都装进去，打个包，方便存取。”同学恍然大悟，“我妈也买了一个大衣柜，专门用来放她的成堆的衣服、鞋包。”

Chapter5. virtual_sequencer/virtual_sequence

曾经有位验证者说过，UVM定义的virtual sequencer有点“鸡肋”。鸡肋者，食之无味，弃之可惜也。用uvm_do_on发送sequence时，可以直接使用各个agent.sequencer。定义的virtual sequencer也只是在其中把各个agent的sequencer声明一下，然后需要把各个agent.sequencer的句柄指向该virtual sequencer中声明的各个sequencer。实质上，还是用的各agent.sequencer。

既然这样，何必多此一举呢？

揣测UVM定义virtual sequencer的初衷，应该也是“打包”的思想。通过virtual sequencer把各个agent.sequencer“打包”在一起，或在test case中直接使用，或传输到virtual sequence中使用都方便很多，代码也会整洁很多。

刚提到了virtual sequence。当构造一个复杂的场景时，需要多个sequence进行配合。把多个sequence“打包”在一起，形成一个big-sequence。这便是virtual sequence。从此角度看，这也是“打包”思想的体现。

至此，我们的示例也讲完了。

从上述五个章节可知，“打包”思想实质就是八个字：分类整理，集中存放。“打包”思想在UVM中比比皆是。UVM发明者当初是怎么想到的呢？或许这本是一种来自生活的普遍的常识，也或许这种思想在其他语言的程序代码开发中早已普遍的存在，又或许是别的原因。但有一点是可以确定的：程序员编码的世界和人们生活的世界，其实存在很多的共通之处。这些共通之处，就像树梢的果子，果香四溢，闪闪发光。静静的等着程序猿们去发现，去摘取。

审核编辑：刘清