从零开始，搭建一个简单的UVM验证平台（一）
前言：
这篇系列将从0开始搭建一个UVM验证平台，来帮助一些学习了SV和UVM知识，但对搭建完整的验证环境没有概念的朋友。
UVM前置基础：
2.UVM基础-组件（driver、monitor、agent...）
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从零搭建一个UVM验证平台：
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目录
验证平台的组成
① 验证平台要模拟DUT的各种真实使用情况，这意味着要给DUT施加各种激励，激励的功能是由driver来实现的。
② 验证平台要能够根据DUT的输出来判断DUT的行为是否与预期相符合，完成这个功能的是计分板（scoreboard，在SV中被称为checker）。
③ 验证平台要收集DUT的输出并把它们传递给scoreboard，完成这个功能的是monitor。
④ 验证平台要能够给出预期结果。假设DUT是一个加法器，那么当在它的加数和被加数中分别输入1，即输入1+1时，期望DUT输出2。当DUT在计算1+1的结果时，验证平台也必须相应完成同样的过程，也计算一次1+1。在验证平台中，完成这个过程的是参考模型（reference model）。
一个简单的验证平台框图如图所示。
DUT编写(Design Under Test)
driver是验证平台最基本的组件，是整个验证平台数据流的源泉。
假设有一个DUT（design under test）被如下描述：
module dut( input clk , input rstn , input [7:0] data_i , input data_i_valid , output reg [7:0] data_o , output reg data_o_valid);always @(posedge clk)begin if(!rstn)begin data_o <= 8'd0; data_o_valid <= 1'b0; end else begin data_o <= data_i; data_o_valid <= data_i_valid; endendendmodule 有如上一个DUT需要被我们验证，上面这个设计的功能非常简单，输入数据data_i和其数据有效信号data_i_valid，打一拍输出。data_o_valid是输出数据有效信号。
Driver搭建
UVM是一个库，在这个库中所有的东西几乎都是用类（class）实现的。类是System verilog 面向对象编程语言中最伟大的发明之一，是面向对象的精髓。
类有函数（function）和任务（task），通过这些函数和任务可以完成driver的输出激励功能、完成monitor的监测功能、完成参考模型的计算功能、完成scoreboard的比较功能。
类的三要素封装、继承和多态，继承是类最总要的特性之一，我们在搭建验证环境时，要保证验证平台中所有的组件应该继承于UVM中的类。
UVM验证平台中的driver应该派生自uvm_driver，一个简单的driver可以如下所示。
`include "uvm_macros.svh"import uvm_pkg::*;class my_driver extends uvm_driver; function new(string name = "my_driver", uvm_component parent = null); super.new(name, parent); endfunction extern virtual task main_phase(uvm_phase phase);endclasstask my_driver::main_phase(uvm_phase phase); top_tb.data_i <= 8'd0; top_tb.data_i_valid <= 1'b0; while(!top_tb.rstn) @(posedge top_tb.clk); for(int i = 0; i < 256; i = i+1)begin @(posedge top_tb.clk) top_tb.data_i <= $urandom_range(0,255); top_tb.data_i_valid <= 1'b1; `uvm_info("my_driver", "data is drived", UVM_LOW) end @(posedge top_tb.clk); top_tb.data_i_valid <= 1'b0;endtask 这个driver的功能就是向data_i发送256个随机数据，同时将输入数据有效信号data_i_valid拉高，当数据发送完毕后，将data_i_valid信号拉低。在这个driver中有两点需要注意：
① 所有派生自uvm_driver的类的new函数有两个参数，一个是string类型的name，一个是uvm_component类型的parent。这两个参数是必不可少的是uvm_component所要求的。每一个派生自uvm_component或其派生的类在其new函数中需要指明两个参数：name和parent，这是uvm_componet类的一大特征。uvm_driver是一个派生自uvm_component的类，所以自然也会有name和parent两个参数。
② driver所做的事几乎都在main_phase中完成。UVM由phase来管理验证平台的运行，这些phase统一咦xxxx_phase来命名，且都有一个类型为uvm_phase、名字为phase的参数。main_phase是uvm_driver中预先定义好的一个任务。因此几乎可以简单地认为，实现一个driver等于实现其main_phase。
上图为一个完整的phase全过程。
driver中还出现了uvm_info宏（除此之外还有uvm_error宏和uvm_warning宏），它有三个参数，第一个参数是字符串，用于打印的信息归类；第二个参数也是字符串，是具体需要打印的信息；第三个参数是冗余级别，表示这个命令的紧急程度。针对第三点，在验证平台中，某些信息是非常关键的，这样的信息可以设置为UVM_LOW，而有些信息可有可无就可以设置为UVM_HIGH，介于两者之间则是UVM_MEDIUM。UVM默认只显示UVM_MEDIUM或者UVM_LOW的信息。
uvm_info宏非常强大，它包含了打印信息的物理文件来源、逻辑节点信息（在UVM树种的路径索引）、打印时间、对信息的分类组织及打印的信息。因此在搭建验证平台时应该尽量使用uvm_info宏取代display语句。
定义了my_driver类后还需要将其实例化。类的定义和类的实例化是存在区别的，类的定义是class-end块，定义一个类，告诉类有哪些功能。而类的实例化是使用new（）函数来创建一个实例。
class A;...endclassA a_inst;a_inst = new();仿真器接到new的指令后，就会在内存中划分出一块空间，在划分前，会首先检查是否已经预先定义过这个类，在已经定义过的情况下，按照定义中所指示的“条文”分配空间，并且把这块空间的指针返回给a_inst，之后就可以通过a_inst来查看类中的各个成员变量，调用成员函数/任务等。对于大部分类来说，如果只定义而不实例化，是没有任何意义的；而如果不定义就直接实例化，仿真器就会报错。
对my_driver实例化并且最终搭建的验证平台如下：
`timescale 1ns/1ps`include "uvm_macros.svh" //这是UVM中的一个文件，包含了众多宏定义import uvm_pkg::*; //只有导入了这个库，编译器在编译my_driver.sv文件时才会认识其中继承的uvm_driver等类名`include "my_driver.sv"module top_tb;reg clk,rstn;reg [7:0] data_i;reg data_i_valid;wire [7:0] data_o;wire data_o_valid;dut my_dut( .clk (clk) , .data_i (data_i) , .data_o (data_o) , .data_i_valid (data_i_valid) , .data_o_valid (data_o_valid));initial begin my_driver drv; // instance drv = new("drv", null); drv.main_phase(null); $finish();endinitial begin clk = 0; forever begin #100 clk = ~clk; endendinitial begin rstn = 1'b0; #1000 rstn = 1'b1;endendmodule仿真结果：
在仿真窗口中可以看到，data is drived 被输出了256次。
factory机制
到这里我们实现了使用driver给DUT送激励的验证操作，但其实用简单的SV也能实现这样的功能，使用UVM的特性需要引入factory机制，实现：自动创建一个类的实例并调用其中的函数（function）和任务（task）。
在我们原来写的生成激励的driver.sv上做些修改：
`include "uvm_macros.svh"import uvm_pkg::*;class my_driver extends uvm_driver; `uvm_component_utils(my_driver) //注册 function new(string name = "my_driver", uvm_component parent = null); super.new(name, parent); `uvm_info("my_driver", "new is called", UVM_LOW) endfunction extern virtual task main_phase(uvm_phase phase);endclasstask my_driver::main_phase(uvm_phase phase); `uvm_info("my_driver", "main phase is called", UVM_LOW); top_tb.data_i <= 8'd0; top_tb.data_i_valid <= 1'b0; while(!top_tb.rstn) @(posedge top_tb.clk); for(int i = 0; i < 256; i = i+1)begin @(posedge top_tb.clk) top_tb.data_i <= $urandom_range(0,255); top_tb.data_i_valid <= 1'b1; `uvm_info("my_driver", "data is drived", UVM_LOW) end @(posedge top_tb.clk); top_tb.data_i_valid <= 1'b0;endtask 和之前的driver不同的是在class定义的中间加入了注册宏，uvm_component_utils（my_driver）
引入了工厂机制之后，就可以自动化的运行类中的function和task，非常方便。在top_tb.sv文件中将my_driver的实例化和main_phase的调用替换为run_test("my_driver")
initial begin my_driver drv; drv = new("drv", null); drv.main_phase(null); $finish();end//将上述initial替换为下面的initial语句块initial begin run_test("my_driver");end之所以会自动运行是因为，在注册了工厂之后，run_test语句会自动创建一个my_driver的实例，并且会自动调用my_driver的main_phase。传递给run_test的是一个字符串，UVM会根据这个字符串创建了其所代表的一个实例。
注意：所有派生自uvm_component及其派生类的类，注册的时候都应该使用uvm_componet_utils（）宏注册。
但从仿真的结果我们会发现，输出了main phase is called但是没有输出256次data is drived，而main_phase是一个完整的任务，没理由只执行第一句，而后面的代码不执行。这就牵扯到了UVM的objection机制。
objection机制
在上面的代码中，我们并没有使用finish函数来终止验证平台，但验证平台确实是关闭了。在UVM中通过objection机制来控制验证平台的关闭。
在每个phase中，UVM会检查是否有objection被提起（raise_objection），如果有，那么等待这个objection被撤销（drop_objection）后停止仿真；如果没有，则马上结束当前phase。
我们在前面使用工厂机制自动创建并执行main_phase的实例my_driver中没有提起objection，但是还是执行了my_driver的第一条语句
`uvm_info("my_driver", "main_phase is called", null);是不是和我们这里说的“如果没有提起objection，则马上结束当前phase”矛盾呢？其实不是的，这涉及到一个仿真时间片的概念，仿真器首先要进入到my_driver，才能检测本实例是否把objection提起，在进入my_driver的0时刻，宏定义uvm_info就已经执行了，与此同时，仿真器没检测到objection被提起，继而退出，这并不与uvm_info被执行排斥。
加入objection机制在my_driver的main_phase首尾，在头部raise_objection，在task尾部，drop_objection。
修改my_driver.sv的代码为：
`include "uvm_macros.svh"import uvm_pkg::*;class my_driver extends uvm_driver; `uvm_component_utils(my_driver) //注册 function new(string name = "my_driver", uvm_component parent = null); super.new(name, parent); `uvm_info("my_driver", "new is called", UVM_LOW) endfunction extern virtual task main_phase(uvm_phase phase);endclasstask my_driver::main_phase(uvm_phase phase); phase.raise_objection(this); `uvm_info("my_driver", "main phase is called", UVM_LOW); top_tb.data_i <= 8'd0; top_tb.data_i_valid <= 1'b0; while(!top_tb.rstn) @(posedge top_tb.clk); for(int i = 0; i < 256; i = i+1)begin @(posedge top_tb.clk) top_tb.data_i <= $urandom_range(0,255); top_tb.data_i_valid <= 1'b1; `uvm_info("my_driver", "data is drived", UVM_LOW) end @(posedge top_tb.clk); top_tb.data_i_valid <= 1'b0; phase.drop_objection(this);endtask在执行drop_objection语句之前，必须先调用raise_objection语句，这两者总是成对出现。
加入了raise_objection和drop_objection之后我们会发现"data is drived"按照预期输出了256次。
另外再提一点，UVM检查是否提起objection，就是在进入main_phase的瞬间，因此，在进入main_phase之后就必须立刻提起objection，而不能经过任何带有延时的语句譬如@（posedge clk）或者 #1，但凡在raise_objection之前带有延时语句，那么这个objection就不会被检测到，进而导致main_phase立即退出。
至此，我们的一个仅含有driver的验证平台就搭建完了，到此为止我们总共涉及了几个知识点：类的继承与派生、factory工厂机制、phase机制、objection机制。后面我们还会在这基础之上添加virtual interface、添加 transaction、monitor组件、agent组件以及sequence组件等等。
来源地址：https://blog.csdn.net/qq_57502075/article/details/127218280
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