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UVM和C-完美结合

已有 2001 次阅读| 2020-12-10 11:08 |系统分类:芯片设计| IC验证

摘要：

SystemVerilog [1]和 UVM [2]为验证团队提供结构和规则。它使得在许多测试中能获得一致的结果，并可以在团队之间共享验证。许多验证团队都在使用由C代码编写的验证套件。本文将讨论将基于C的测试和验证套件集成到常规UVM测试平台的各种方法。

引言

本文将演示把DPI-C与标准UVM Testbench一起使用的技术和方法。 C代码将应用于底层事务生成器，高级事务生成器，记分板和监视器等模块中。 UVM测试台将同步运行-例如，UVM测试可能正在总线上传输后台流量，而C代码在创建正在测试的特定总线事务。

UVM与C之间的问题

UVM被广泛用于测试平台创建，覆盖率收集和监测。使用SystemVerilog和UVM已成为提高验证团队生产力的一种方法。

除了UVM原生的随机化和约束功能之外，验证团队还需要创建或重用C程序。这些C程序可能用来产生激励、检查标准结果，也可能用来收集统计数据。使用System Verilog的DPI-C是将这两个世界连接在一起的方法。

问题是使用DPI-C有时会很困难，并且DPI代码与“作用域”密切相关。作用域可以是模块（module）实例，接口（interface）实例或全局根（root）作用域。这些作用域为DPI提供了一个从System Verilog来回调用的连接点。

UVM测试平台几乎没有这些作用域。 UVM测试台是基于动态类的结构，而不是基于静态实例的结构。

解决方案：虚拟接口

有许多可轻松连接UVM和C的解决方案。本文将探讨最简单的方法–利用与代理相关联的接口（虚拟接口）。

背景

UVM测试平台通常是通过代理（Agent）附带一个System Verilog接口来构建的。该接口连接到被测设备（design under test，DUT）端口。为了给DUT发送消息，UVM利用驱动（driver）来控制引脚的时序波形。为了从DUT接收消息，UVM利用监视器（Monitor）来收集引脚的时序波形。接口实例是我们用来承载DPI-C调用的理想场所。

图1 - 典型的Agent与DUT之间利用接口链接

如图2所示，通过DPI-C添加C代码。

图2 - 单个的Agent与C代码连接

可以将多个Agent（如图3所示）连接到C代码，无论是否线程化。 C代码不是特定于实例的。可能存在与某些接口关联的某些C代码（例如AHB与AXI）。

图3 - C代码与多个Agent相连

SystemVerilog 接口

SystemVerilog接口是一个收集信号的地方，这些信号被认为是一个整体，就像总线一样。它可以包含许多其他内容，包括modports和时钟模块，以及其他接口等。SystemVerilog接口可以像模块一样被“实例化”，并且可以连接到该接口。

就我们的目的而言，我们只关心接口提供托管的DPI导入和导出范围的能力。

上面的界面是一个简单的界面，其中包含导入和导出。它可以包含许多其他项目。辅助函数的作用是将调用简单地转发到接口中已连接的序列发生器（sequencer）上。在界面中仅建议使用简单的封装。将功能保留在sequencer或agent代码中。

UVM Agent

我们在此解决方案中使用的Agent就是常规的Agent。Transaction，Driver、Monitor或Agent的程序本身没有任何变化。任何调用DPI代码的sequence都将需要改动，sequencer也将需要改动。

Agent需要处理一件新的任务。它在Sequencer中初始化虚拟接口句柄，并在虚拟接口中初始化Sequencer句柄。这就是将接口连接到Sequencer以及将Sequencer连接到接口的魔法。Agent负责将接口和Sequncer连接在一起。

从接口可以进行Sequencer调用，而从Sequencer可以进行接口调用。

Agent通常具有该功能，在build_phase中，我们添加了另外两行。

这两行代码连接虚拟接口和Sequencer。这是从“常规”的Agent到启用DPI-C的Agent中唯一添加或改动的地方。

UVM Sequencer

在此解决方案中，经常被忽视且备受争议的UVM Sequencer才是中心。这是我们决定DPI的“根” 连接的常见位置。实际上，agent的任何部分都可以作为根来使用。我们建立DPI连接的根，以便在接口和DPI代码之间建立一对一的关系。或者是Agent和DPI代码之间。这样，管理线程和作用域都很自由。无需多加管理，因为接口具有作用域，我们将其视为Agent的一部分（实际上是）。

首先，将虚拟接口的句柄添加到Sequencer中。然后可以创建任何辅助函数。辅助函数可以位于其他位置，但这是一个集中的位置，而且很方便。

有两种辅助函数。调用C代码的辅助函数（c_start_threads()）和调用SV代码的辅助函数（sv_start_sequenceC()）。

C示例代码使用虚拟接口句柄来调用托管的C代码。作用域是自动设置和管理的。在上图所示的示例中，一次启动了4个线程。

SV示例代码创建一个序列，然后启动它。在开始之前，任何成员变量或随机调用都可能发生。序列完成后，任何结果都可以从seq.b中复制出来。 C函数可以调用UVM sequencer的想法非常强大。辅助函数将C函数调用映射被单个或多个序列执行。这是该解决方案的关键部分。创建可以执行有用功能的序列，使用辅助函数从C代码调用它们，然后使用接口确定作用域并将Sequencer作为辅助函数的基类。

UVM Sequence

该解决方案中的UVM序列没有任何更改，除非需要调用C代码。如果要调用C代码，则使用虚拟接口句柄。

在此解决方案中，序列可以从运行其的序列器中检索虚拟接口句柄。

这个例子中c_datatype_array_of_10_int是被调用的函数，示例的C代码直接从UVM Sequence中通过vif被调用。

这个简单的代码只是将输入复制到输出并更新输入/输出参数。

C语言部分代码

简单的带作用域的Hello World代码

简单的hello world，实际上不仅仅是简单的hello world。这是编写C代码的方式，并且可以使用DPI-C调用SystemVerilog。在SV DPI-C规范中，有一些API调用，例如svGetScope()和svGetNameFromScope()有时还是有用的。通常，你不需要任何API调用。这就是使DPI变得简单而强大的原因之一。您只是在使用C代码。仅此而已。

当SystemVerilog代码要调用C时，使用“导入（import）”来实行调用。当C代码要调用SystemVerilog时，使用“导出（export）”来实现调用。

在上面的代码中，c_hello()是导入，而sv_hello()是导出。在C代码中，需调用SystemVerilog函数或任务时，我们直接调用即可。

可以编写C代码来执行任何有用的验证功能-例如读取标准结果文件，生成激励或收集统计信息。使用我们的解决方案，C代码还具有调用序列的功能。任意序列都可用，并且定义了辅助功能。

线程代码

C代码通常不是线程安全的。在SystemVerilog中，创建线程和线程化应用非常容易。但是这些线程化的应用程序必须是“合作的”。当SystemVerilog“线程”启动时，它可以控制单个计算。不同线程获得控制权的唯一方法是让当前线程放弃控制权或让步。

让步可以采取多种形式。如果SystemVerilog线程执行＃delay，wait()或@(posedge clk)，则该线程将让步，下一个线程将能够获得控制权并运行。

在上面的sequencer代码中，有一个辅助函数来启动C线程。