SystemVerilog验证 测试平台编写指南 第八章 OOP面向对象编程的高级技巧指南

8.1 继承
为总线事务创建一个可以注入错误并且带有可变延时的复杂类。
方法1：使用合成（composition），即在类中例化另一种类型的类。有时候很难将功能分成独立部分。如果使用合成，则需要为正确和错误事务分别创建不同的类，正确类的测试平台需要重写以处理错误类的对象。
方法2：使用扩展类，当需要增加事务，而对现有的测试代码修改越少越好，例如增加错误注入功能。
扩展类和类合成的区别：
扩展类解决，增加新事务；使用类合成时，大量修改代码麻烦。
如何使用:
扩展类共享基类的变量和子程序。
1)基本类中的方法，需标记为virtual，这样扩展类中才可以重新定义。扩展类中函数，和基类中函数名一样时，通过super.函数名，调用基类中的函数。System Verilog中不允许super.super.new方式进行多层调用。
2）如果基类构造函数new（）有参数，那么扩展类，必须有一个构造函数，并在构造函数的第一行调用基类的构造函数。
例8.3 扩展类中带有参数的构造函数

class Basel；
	int var；
	function new（input int var）；//带有参数的构造函数
		this.var=var;
	endfunction
endclass

class Extended extends Basel;
	function new(input int var); //需要参数
		super.new(var)；//必须是new构造函数的第一行
		//构造函数的其它行为
	endfunction
endclass

3）OOP规则指出：基类的句柄，也可以指向扩展类的对象。

8.2 蓝图（Blueprint）模式
1）背景：一个简单的发生器，通过信箱将数据传递给驱动器。
例8.5 发生器类
//使用Transaction对象的发生器类
//第一个尝试…只有有限的功能

class Generator；
	mailbox gen2drv；
	Transaction tr；

	function new（input mailbox gen2drv）；
		this.gen2drv=gen2drv；//this->类一级变量
	endfunction

	task run；
		forever begin
			tr=new（）；//创建事务
			assert（tr.randomize）；//随机化
			gen2drv.put（tr）；//送入驱动器
		end
	endtask

endclass

存在问题：该例在循环内部而非循环外部创建事务对象，避免常见的测试平台的错误。
New（）放在循环外部，错误原因是，mailbox中放入的是句柄，而不能是对象，所有的句柄都指向同一个对象。（1）任务Run创建了一个事物并立即随机化，意味着事务使用了默认的所有约束。要修改，必须要修改transaction类。(2)无法使用扩展

解决办法：将tr的创建和初始化分开，使用蓝图模式。

另一个问题：如果简单的把创建和初始化分开，而放在循环外部，而避免测试平台错误（P200），如何解决？蓝图模式如何解决

2）蓝图模式概念
首先构建一个对象蓝图（金属模），然后修改它的约束，甚至可以用扩展对象替换它，随机化这个蓝图时，就得到想赋予的随机值；然后复制这个对象，将copy发给下游。
蓝图：是一个钩子（hook），允许你改变发生器类的行为而无需修改其类代码。蓝图对象在一个地方构建（new（）），在另一个地方（任务run）使用。
例8.6 使用蓝图模式的发生器类
class Generator；
mailbox gen2drv；
Transaction blueprint；

	function new（input mailbox gen2drv）；
		this.gen2drv=gen2drv；
		blueprint=new（）;
	endfunction

	task run；
		Transaction tr;
		forever begin
			assert（blueprint.randomize）；//随机化
			tr=blueprint.copy();
			gen2drv.put（tr）；//送入驱动器
		end
	endtask

endclass

3)P200与P221相对比分析：重要
蓝图模式，也就比new（）在循环外地generator多了一个copy函数。
问题（1）蓝图模式，new（）在循环外，也只有一个对象，而mailbox中放入的只能是句柄，如何解决常见的平台错误？
因为copy，是对象的复制，而不是句柄的复制。这样蓝图模式只有一个句柄，但是随机化后，copy，相当于再循环中创建了许多对象。而测试平台常见错误的本质是，只创建了一个对象。这样就避免了问题。
问题（2）蓝图模式下，因为只有一个ID号，那么任务run循环中，下发了许多数据，这些只有一个ID号了？
因为copy是对象的复制，所以在copy中ID号也会增加。下发的每个数据，都有各自的ID号。
4）使用扩展的transaction
为了注入错误，需要将蓝图对象transaction变成Badtransaction（改变蓝图）。必须在环境的创建和运行阶段之间完成这个操作。注意：所有的badTr引用都在这一个文件中，这样就不需要改变environment类或generator类。

Env.build();
Begin
Badtr bad = new();
Env.gen.blueprint = bad;
End
Env.run
目的是：将一个对象取代另一个对象。New（）后都是对象了，将对象赋值给对象，这是什么写法？不是复制呀？复制本质是将一个句柄指向一个对象。
解释：上述是句柄的复制，将扩展类句柄bad赋值给基类句柄blueprint，这样基类句柄指向扩展类对象，后面的代码调用的时候，就直接指向扩展类bad了，改变了蓝图。
Env.new（）和nev.build（）区别
Env.new（）仅仅new（）函数
nev.build（）是将各个模块new（），并传达一些参数，通过这些参数将环境的各个模块，连接起来。
8.3 类型向下转换（downcasting）和虚方法

8.3.1 $cast作类型向下转换
背景：基类句柄可以指向扩展类对象，不需要额外的代码；扩展类句柄指向基类对象，一般情况下会出错，但有时候是可以的，前提是基类句柄指向了它的一个扩展类对象。
作用：扩展类句柄指向基类对象时，使用 $cast（）函数。在非法的情况下，不会编译报错，会返回了一个0。
$cast做任务使用时，systemverilog会在运行时，检查源对象类型和目的对象类型不匹配，会报错；
$cast做函数使用时 ，仍做类型检查，在不匹配时，不会报错，函数返回0。
1）基类句柄指向扩展类对象——出现情况：修改蓝图，不改过多代码，增加功能
例8.12 将一个扩展类的句柄拷贝成基类句柄

Transaction tr；   //基类句柄
BadTr bad；        //扩展类句柄
bad = new（）；     //构建BadTr 扩展对象
tr = bad；         //基类句柄指向扩展类对象
$display（tr.src）；//显示基类对象的变量成员
tr.display;        //调用的是扩展类的方法

2）扩展类句柄指向基类对象——出现情况:基类virtual 方法copy函数，它的继承类中copy函数
将基类句柄赋值给扩展类句柄，使扩展类句柄指向基类对象，一般编译器会出错，不能运行，所以非常小心；只有基类句柄指向扩展类对象时，再将扩展类句柄指向基类对象时，不出错。为了检测基类句柄是否指向了扩展对象，并且不让编译器报错，可以使用$cast()函数检测。
当把扩展类句柄指向基类对象时，发生什么？
例8.13 将一个基类句柄拷贝到一个扩展类句柄

 tr= new（）；            //创建一个基类 对象
 bad = tr；               //扩展类句柄指向基类句柄 ERROR:这一行不会被编译
 $display（bad.bad_crc）；//基类对象不存在bad_crc成员

上述会发生错误，编译不会被通过。因为有些属性在基类中不存在；但是扩展类句柄指向基类句柄不总是非法的（见下面代码，是可以的），当基类句柄指向一个扩展类对象时是允许的。
例8.14 使用$cast拷贝句柄

Transcation tr; //基类句柄
BadTr bad,bad2; //扩展类句柄
Bad= new（）；//构建BadTr扩展对象
Tr = bad;   //基类句柄指向扩展类对象
 
//检查对象类型并拷贝。如果类型失配则在仿真时报错
//如果成功，bad2就指向tr所引用的对象
$cast(bad2,tr);      //扩展类句柄指向基类对象

//检查类型失配，如果类型失配，在仿真时也不会输出错误信息
if(!$cast(bad2,tr);
	$display(“cannot assign tr to bad2”);
$display(bad2.bad_crc);//原始对象中存在bad_crc成员

句柄类型和对象类型差异（书中翻译的不准，type of handdle 和 object）
个人理解：
Transaction tr； 句柄tr类型是transaction
句柄类型：关键字
对象类型：类中成员的类型差异
8.3.2 虚方法和多态
多态：多个程序使用一个共同的名字的现象（polymorphism）。
多态解决问题：计算机建构面临的一个问题。让物理内存很小的情况下，让处理器能够对很大的地址空间寻址。针对这个问题引入了虚拟内存。
虚拟方法继承劣势：
基类使用了虚拟方法，扩展类也必须使用相同的“签名”，扩展类中虚拟子程序不能增加或删除参数，这意味着必须提前做好规划。
8.5 对象的复制
1）因为是virtual 函数，扩展类中copy方法也必须是transaction型的，与基类一致。但是要copy的是badtr类型的，所以要new一个bad
例8.20 带有copy 虚函数的事物基类

Class transaction ;
	Rand bit[31:0] src,dst,data[8]; //变量
	Bit[31:0] crc;

	Virtual function transaction copy ();
		Copy   = new();
		Copy.src = s rc;
		Copy.dst = dst;
		Copy.data = data;
		Copy.crc  = crc;
	Endfunction
Endclass

例8.21 带有copy虚函数的扩展事务类

Calss badtr extends transaction
	Rand bit bad_crc;
	Virtual function badtr copy(); //错误
	Virtual function transaction copy();
		Badtr bad;
		Bad = new();
		Bad.src = src; //复制数据域
		bad.dst = dst;
		bad.data = data;
		bad.crc = crc;
		Bad.bad_crc = bad_crc;
		Return bad;
	endfunction
endclass

2）优化途径一：创建一个独立的函数copy_data,这样每个类只负责copy其局部变量，即扩展类中的copy函数用super.copy_data(tr),代替了基类中变量的复制。代码的重用性提高。
例8.23 使用copy_datd函数的扩展事务类
$cast(bad,tr); //扩展类句柄指向基类句柄，基类句柄类型转换成扩展类使用的情况： 因为virtual 函数，在继承中，虚拟函数必须和基类中名称和参数也一致。这样扩展类中copy_data函数参数仍然是transaction类型的tr，这样出现了参数是基类句柄，但是copy_data函数内要作的确是扩展类的成员，就要将基类句柄参数赋值给扩展类句柄，要将扩展类badtr类型的数据返回，所以必须用 $cast(bad,tr)。
优化途径二：前面的copy子程序都会创建一个新对象，改进的一种方法就是指定复制对象的存放地址。
例8.24 使用copy函数的事务基类

class Transaction；
	Virtual function transaction copy（transaction to =null）；
		if(to == null)
			copy = new(); //创建新对象
		else
			copy = to;//或者使用现有对象
		copy_data(copy);
endfunction

8.6 抽象类和纯虚方法
背景：验证的目标之一是创建多个项目共享的代码。
目的：systemverilog 有两种方法创建共享的基类：抽象类和纯虚方法
Virtual class （抽象类）:可以被扩展但是不能被直接例化。
Pure virtual function（纯虚方法）：没有实体的方法原型，相当于一个声明。
由抽象类扩展而来的类，只有在所以的虚拟方法都有实体的时候才能被例化，纯虚方法只能在抽象类中定义。
抽象类中，纯虚方法是没实体的，非纯虚方法最好也不写实体。
8.7 回调
背景：测试平台目的：创建一个不做任何修改就能在所有测试中使用的验证环境。要做到这点的关键是测试平台使用钩子，（什么是钩子？）钩子作用，在不修改原始类的情况下注入新的代码。采用virtual 方法，也可以在扩展类中覆盖基类方法，但是需要重复原方法的所有代码，并且它的修改将传播到它的所有扩展类中。
作用：回调就是一个钩子，在不修改原始类的情况下注入新的代码。
实现：回调任务在顶层中创建，在最低级即驱动器中调用。这样驱动器不需要知道测试的任何信息，它只需要使用一个可以在测试中扩展的通用类。
1） 使用回调注入干扰
回调的一个常见用法就是注入干扰，例如引入一个错误或者延迟。下面测试平台使用回调对象，随机地丢弃数据包。
扩展类是如何作用的？在扩展的回调类中注入错误，如何在驱动器中作用的？
关键是数据队列的作用，驱动器中使用了，回调基类的数据队列
回调基类是抽象类，在扩展的回调类中加入错误注入，而drive驱动类中，是回调基类的数据队列，在环境中将扩展类句柄让入驱动器类，回调基类的数据队列中。
例8.13 使用回调进行错误注入的测试create error injection callback

begin
	Driver_cbs_drop dcd = new();//创建错误注入的回调任务
	env.drv.cbs.push_back(dcd); // Put into driver放入驱动器队列
end

与前面扩展类作用的差异？
前面代码，要使扩展类中增加代码，需要使基类句柄指向扩展类句柄。
驱动器类：
下面的代码如何解释
回调也可以想scoreboard 发送数据或收集功能覆盖率。
优点：你可能想过将scoreboard和功能覆盖数据组置于一个事物处理器中，通过邮箱连接到测试平台中，这是一种笨拙的方法，原因如下：测试平台组件几乎都是被动和异步的，组件只有在测试平台给他数据的时候才被唤醒，而且不会主动地向下游事物处理器传递信息。麻烦：1）这样一个需要同时监视多个邮箱的事物处理器复杂了；2）你可能在多个地方采集数据，但是事物处理器设计用来处理单个数据源回调