System Verilog断言

简介

断言通常被称为序列监视器或者序列检验器，是对设计应当如何执行特定行为的描述，是一种嵌入设计检查。如果检查的属性（property）不是我们期望的表现，那么在我们期望事件序列的故障上会产生警告或者错误提示。
断言用来检查模拟序列行为或者激励生成的正确性，断言作为功能验证的一种重要手段，可以脱离测试用例而覆盖测试点，所以断言覆盖率可以是功能覆盖率的一部分，完善的断言能为全面的功能覆盖率尺度打下良好的基础。
断言两个重要的时间点：采样时刻和匹配时刻，断言在 preponed 域采样，在observed 域执行检查。如下图所示：

断言可以分为多个层面，包括：

1. 设计层面：设计意图相关的断言；
2. 接口层面：模块接口相关断言、芯片功能意图相关断言、芯片接口相关断言；
3. 性能层面：读取的缓存延迟、数据包处理延迟。如果超过设计时限则请求断言。

断言的两种类型

即时断言（immediate assertions）

在当前时刻断定信号的数值情况。例如

asser_inst:assert (foo) $display("pass");
            else $display("failed"); 
            //名字：assert(判断语句)若真执行语句1，否则执行语句2

并发断言（concyrrent assertions）

• 在多个周期内断定序列顺序;
• 并发断言是检查跨越多个时钟周期的事件序列;
• 仅在有时钟周期的情况下出现;
• 测试表达式是基于所涉及的采样值在时钟边缘计算的;
• 可以放在过程块、模块、接口或程序定义中;
• 区别并发断言和即时断言的关键字是property;

例如:

断言的基本语法

延时运算符

例：a ##3 b
含义是 a 有效后的第 3 拍（a 有效当拍为第 0 拍），b 也有效。如果 b 在第 3 拍未能有效，则序列匹配失败,如下图所示：

a ##[m:n] b，例如a ##[2:4] b意味着a有效后的第2拍到第4拍之间b有效至少一次则序列匹配成功。
例子：波形为a ##3 b ##0 c，a ##3 b在120ns匹配成功，当拍a ##3 b ##0 c也匹配成功，因为120ns也是c的起点。

连续重复运算符

例1：a[*3]，含义是a连续为1重复3拍，即a ##1 a ##1 a，如图所示：

例2：(a ##1 b)[*3]，这个序列等同于(a ##1 b) ##1 (a ##1 b) ##1 (a ##1 b) ，如图所示：

例3：a [*m:n] b，如a[*2:4]含义为a信号重复2~4拍后b信号有效均可匹配成功，等同于a [*2] b or a [*3] b or a[*4] b。

非连续跟随重复符

如a [->3]，或者叫go-to重复符。含义是a非连续重复3次，只在第3次重复时刻点匹配(跟随的含义)。
例1：a ##1 b[->3] ##1 c，该序列表示在a有效之后，c有效之前，b应该有效3次且最后一次有效的时间应当恰好比c有效早1拍(跟随性)，如下图所示：

例2：a [->m:n]，对于序列a ##1 b[->2:3] ##1 c，即a重复2次或者3次时均匹配成功，以下两个波形都匹配成功。

非连续(无需跟随)重复操作符

例1：a [=3]，含义是a无所谓连续不连续，重复了3次即匹配成功了。波形理解，图中标蓝的点都是匹配成功的点（无需跟随）

而**a[->3]**匹配成功的点，只有一个(跟随)

例2：a ##1 b[=3] ##1 c，对于该序列，以下波形可以匹配成功，注意c无需跟随b[=3]。

and运算符

and运算符用来连接两个事件(多为序列)，当两个事件均成功时匹配成功，需要注意的是两个事件必须有相同的起始点，但是可以有不同的结束点。

or运算符

or运算符用来连接两个事件(多为序列)，当两个事件任一匹配成功则整体成功，与|的区别和之前类似，or可以连接两个表达式或是两个序列，|只能连接两个表达式

intersect运算符

intersect和and有些类似，均为连接两个事件，两个事件均成功整个匹配才成功。不过intersect多了一个条件，那就是两个事件必须在同一时刻结束(and已经需要保证两个事件同一时刻开始了)，换句话说a intersect b能匹配成功，a、b两个序列的长度必须相等。
例如，(a ##[1:2] b) intersect (c ##[2:3] d)，如下图。图中黄色点为a ##[1:2] b匹配成功时刻点，蓝色为c ##[2:3] d匹配成功点，根据我们之前的分析，intersect连接的两个序列必须有同样的结束时刻，因此整个序列匹配的时间点一定在黄色和蓝色重合的点中。

within运算符

a within b的含义是在事件b(序列b)匹配期间，事件a(序列a)至少出现1次则匹配成功，否则失败。如(a ##1 b[=3]) within (c ##1 d[->1])。

throughout运算符

throughout运算符和intersect有些接近，区别在于throughout必须连接一个表达式和一个序列，即req throughout seq，含义是在seq匹配起始到结束期间，req都必须成立。例如a throughout (b ##1 c[->1])就要求从b有效开始，直到c第一次有效结束，这段期间a必须始终保持有效，如下波形图60ns~140ns就是一次典型的匹配成功。

SV的内建函数

$rose

$rose()函数即上升沿检测，匹配规则是信号的当拍值为1上拍数据为0。以$rose(a, clk1)为例，如下图所示：

$fell

$fell()函数和$rose函数刚好相反，是检测下降沿的

$change

$fell()函数和$rose函数的结合体，当拍采样值与上一拍不一致则匹配成功

$stable

$stable和$change刚好相反，信号当拍采样值与上一拍一样则匹配成功

$onehot(a)

任意时钟沿，表达式a都只有1bit为高

$onehot0(a)

任意时钟沿，表达式a都只有1bit为高或均为低电平

$isunkown(a)

任意时钟沿，表达式a任意位是否有X态或者Z态，如果有则匹配，没有X态或Z态则报错

$countones(a)

用于返回表达式中高电平的bit数量

蕴含算子

蕴含算子类似代码中的if语句。蕴含算子仅两个：|->和|=>，二者区别也很简单：

1. a |-> b的含义是若a事件发生，则从当拍(##0)开始，检查b事件是否会有效(匹配)，若b无法匹配则断言失败，若能匹配则成功。
2. a |=> b和前者唯一的区别为：|=>是从下一拍(##1)开始检查，等同于a |-> ##1 b。