UVM实战[三]

本期将讲解 UVM 环境运行以及他的树状结构。

主要参考资料为：

[白皮书]: http://bbs.eetop.cn/thread-320165-1-1.html

[红宝书]: http://rockeric.com/

上期推送中，我们讲解了整体环境的构成，以及他们之间的关系。那么当仿真开始时，整个环境又将如何建立起来呢，组件按照什么顺序进行组件实例化，如何将组件之间的通讯构建起来，以及在运行时我们需要做什么呢？

树状结构

整体的验证环境由许多的组件实现，作为环境组件，UVM 提供了 uvm_component，所有下图中的测试组件都继承于 uvm_component，只有 uvm_component 能够作为组件构建起整个环境。

上图中可以看到框图一层套一层，实际上就是 UVM 环境的树状结构的体现。下图是一个典型的测试环境的树状结构图。结合上下两图，uvm_top 是一个全局变量，它是 uvm_root 的一个实例（而且也是唯一的一个实例 ，它的实现方式非常巧妙），而 uvm_root 派生自 uvm_component，所以 uvm_top 本质上是一个 uvm_component，它是树的根。uvm_test_top 的 parent 是 uvm_top，而 uvm_top 的 parent 则是 null。

这里我们要注意区分，uvm 平台中的 parent 和我们在 oop 中所说的父类是不同的概念，这里指的是节点，而非类的继承关系，上图的箭头就像是钩子，从上至下一个钩住一个。通常我们不会接触到 uvm_root 这个类，他是一个全局变量，构建环境我们需要构建 uvm_test_top 及其以下的组件。

而具体每个组件的作用，可以参照上一期的推送。

运行机制

仿真的进程分为几个基本阶段，例化组件，连接组件，仿真运行和报告阶段。但实际上 UVM 在运行时提供了更加细致的阶段划分，将不同的任务划分到对应的阶段中。UVM 称这种机制为 phase 机制，一共包括九个 phase。

仿真开始后，phase 将从上至下，依次自动运行。phase 的引入在很大程度上解决了代码顺序杂乱可能会引发的问题。它本质上是通过把代码顺序强制固定来实现这个目的的，如 build_phase 的代码一定在 connect_phase 之前执行 ，而 connect_phase 的代码一定在 end_of_elaboration_phase 之前执行等等。遵循 UVM 的这种代码顺序划分原则，可以在很大程度上减少验证平台开发者的工作量，让其从一部分杂乱的工作中解脱出来。

•function phase：不消耗仿真时间，而其也可分成两大类：

1. 继承自 uvm_bottomup_phase, 在 UVM component 树中，自下而上的执行, 如 connect_phase2. 继承自 uvm_topdown_phase, 在 UVM component 树中，自上而下执行, 如 build_phase

•task phase：消耗仿真时间的，也称动态运行(run-time)phase.

在初学 UVM 进行验证过程中，只需要关注其中几个 phase 即可。将组件的例化在 build_phase 实现，组件连接在 connect_phase 实现，测试的过程在 run_phase 中实现。就像下面 cfg_monitor 的代码一样，分步骤完成环境的构建。

  class cfg_monitor extends uvm_monitor;    local virtual cfg_intf intf;    uvm_blocking_put_port #(cfg_item) mon_bp_port;
    `uvm_component_utils(cfg_monitor)
    function new(string name="cfg_monitor", uvm_component parent);    endfunction
    function void set_interface(virtual cfg_intf intf);    endfunction
    task run_phase(uvm_phase phase);    endtask
    task mon_trans();    endtask  endclass: cfg_monitor

从前面的图中可以看到，run_phase 和旁边十二个小的 phase 是并行的，UVM 为仿真提供了非常细致的阶段划分，即十二个小 phase，但是只使用 run_phase 也可以完成仿真。

工厂机制

在讲解我们在 build_phase 所需，要完成的任务前,我们需要了解 UVM 中一个非常重要的机制 - 工厂机制。这并非是 UVM 独创的机制，而是在设计模式中一种常用的机制。简而言之，就是我们在编写每个类时，都是在绘制图纸，当我们完成图纸以后，将图纸递交到工厂。仿真运行时，我们就能通过工厂，使用图纸的名字，创建出不同的类。

绘制图纸的过程就是在编写类的代码，而提交图纸这个过程，体现在代码中就是通过 UVM 的宏进行注册，告诉工厂图纸的名字。宏 uvm_component_utils 将 cfg_agent 注册到工厂，而在构造函数中，可以同时指定对象的默认名字。

注意 new 方法的参数中，string 是我们在创建组件时所需要传递的内容，一定要与句柄的名字一直，否则在后续其他步骤中会出现意想不到的错误。而第二个参数 parent 就是前面所提到的树状结构的钩子，父节点。

class cfg_agent extends uvm_agent;    `uvm_component_utils(cfg_agent)
    function new(string name = "cfg_agent", uvm_component parent);        super.new(name, parent);    endfunctionendclass:cfg_agent

build_phase 的内容

通过工厂机制我们可以很轻松地完成组件对象的实例化，下面就是一个示例。

class cfg_agent extends uvm_agent;    function void build_phase(uvm_phase phase);      super.build_phase(phase);      driver = cfg_driver::type_id::create("driver", this);      monitor = cfg_monitor::type_id::create("monitor", this);      sequencer = cfg_sequencer::type_id::create("sequencer", this);    endfunctionendclass:cfg_agent

使用 component_name::type_id::create()就能通过工厂实例化对象，create 是 uvm_component 的一个静态函数，会返回组件的句柄，第一个参数就是我们 new 中的 string，建议与句柄名保持一致，第二个参数通常使用 this，表示创建的组件是在当前的组件的子节点上，从而构建树状结构。

有了创建组件的方法，我们就能通过 build_phase 实现组件的构建。我们知道，整个环境是一个树状结构，那么检索树状结构就有两个方向，自顶向下和自底向上。我们观察 create 的参数，发现需要传递父节点的句柄，那么很显然，build_phase 是自顶向下的。从下面的代码就能看到，在 build_phase 中，我们需要完成与本节点相连的子节点的创建，这样一层一层的勾起组件，从根到最末端，所有的 build_phase 完成以后再进入下一个 phase。

class conv_base_test extends uvm_test;    function void build_phase(uvm_phase phase);      super.build_phase(phase);      this.env = conv_env::type_id::create("env", this);    endfunctionendclass: conv_base_test
class conv_env extends uvm_env;    function void build_phase(uvm_phase phase);      super.build_phase(phase);      this.chker    = conv_checker::type_id::create("chker", this);      this.cfg_agt  = cfg_agent::type_id::create("cfg_agt", this);      this.fmi_agt  = mem_in_agent::type_id::create("fmi_agt", this);      this.wt_agt   = mem_in_agent::type_id::create("wt_agt", this);      this.bias_agt = mem_in_agent::type_id::create("bias_agt", this);      this.fmo_agt  = mem_out_agent::type_id::create("fmo_agt", this);      this.cvrg     = conv_coverage::type_id::create("cvrg", this);      this.virt_sqr = conv_virtual_sequencer::type_id::create("virt_sqr", this);    endfunction endclass: conv_env
class cfg_agent extends uvm_agent;    function void build_phase(uvm_phase phase);      super.build_phase(phase);      driver = cfg_driver::type_id::create("driver", this);      monitor = cfg_monitor::type_id::create("monitor", this);      sequencer = cfg_sequencer::type_id::create("sequencer", this);    endfunctionendclass:cfg_agent

本期总结

1.UVM 的组件是树状连接的，环境中的 parent 和 oop 的父类是不一样的

2.UVM 的运行划分成多个 phase，每个 phase 负责不同的任务，run_phase 与旁边的十二个 phase 是并行的。整体运行从上至下顺序运行。只有 run_phase 和并行的 phase 是 task，其他都是 funtion。

3. 使用宏在工厂中注册，然后就能够通过 create 静态方法实现组件实例化

4. 在 build_phase 中顺序创建字节点的组件，从而构建整个环境