SV--线程（mailbox）
3 mailbox
3.1概述
• 线程之间如果传递信息，可以使用mailbox。
• mailbox和队列queue有相近之处。• mailbox是一个对象，因此也可以用new()来例化，例化时，有一个可选的参数size来限定其存储的最大数量，如果size是0或者没有指定，则信箱是无限大的，可以容纳任意多的条目。
• 使用put()可以把数据放入mailbox, 使用get()可以从信箱移除数据。
• 如果信箱为满，则put()会阻塞；如果信箱为空，则get()会阻塞。
• peek()可以获取对信箱里数据的拷贝而不移除它。
• 线程之间的同步方法需要注意，哪些是阻塞方法，哪些是非阻塞 方法，即哪些是立即返回的，而哪些可能需要等待时间的。
3.2代码演练
program automatic bounded;
mailbox mbx;
initial begin
mbx = new(l); //容量为1
fork
// Producer线程
for (int i=l; i<4; i++) begin
$display("Producer: before put(%0d)", i);
mbx.put(i);
$display("Producer: after put(%0d}", i);
end
// Consumer线程
repeat(4) begin
int j;
#lns mbx.get(j);
$display("Consumer:after get(%0d}", j);
end
join
end
endprogramProducer: before put(1)
Producer: after put(1)Producer: before put(2)
Consumer: after get(1)
Producer: after put(2)
Producer: before put(3)
Consumer: after get(2)
Producer: after put (3)
Consumer: after get(3)
3.3实例演练
对于一辆车子而言，如果要实时显示这辆车子的状态，会需要多个仪表。显示的参数包括车速、油量、发动机的转速和温度等， 这些参数涉及到了各个传感器到汽车控制中枢的通信。
如果我们继续通过上面这辆BYD, 来模拟不同传感器（线程）到车的中央显示的通信，可以利用SV的mailbox (信箱）来满足多个线程之间的数据通信。
class car;
mailbox tmp_mb, spd_mb, fuel_mb;
int sample_period;
function new();
sample_period = 10;
tmp_mb = new();
spd_mb = new();
fuel_mb = new();
endfunction
task sensor_tmp;
int tmp;
forever begin
std::randomize(tmp) with {tmp >= 80 && tmp <= 100;};
tmp_mb.put(tmp);
#sample_period;
end
endtask
task sensor_spd,
int spd;
forever begin
std::randomize(spd) with {spd>= 50 && spd <=60;};
spd_mb.put(spd),
#sample_period;
end
endtask
task sensor_fuel;
int fuel;
forever begin
Std::randomize (fuel) with {fuel>= 30 && fuel <= 35;};
fuel_mb.put(fuel);
#sample_periode;
end
endtask
task drive () ;
fork
sensor_tmp ();
sensor_spd ();
sensor_ fuel ();
display(tmp_mb, "temperature");
display(spd_mb, "speed");
display(fuel_mb, "feul");
join_none
endtask
task display(mailbox_mb, string name="mb") ;
int val;
forever begin
mb.get(val):
$display ("car: %s is %0d", name, val)
end
endtask
endclass
module road;
car byd = new();
initial begin
byd. drive();
end
endmodule - # car:: temperature is 100
- # car:: speed is 50
- # car:: feul is 30
- # car:: temperature is 96
- # car:: speed is 55
- # car:: feul is 33
- # car:: temperature is 89
- # car:: speed is 57
- # car:: feul is 31
对于mailbox的用法，与FIFO的使用很相似。如果我们将上面的mailbox用队列来替代的话，则可以修改为下面的例码。
class car;
//mailbox tmp_mb, spd_mb, fuel_mb;
int tmp_q[$],spd_q[$],fuel_q[$];
int sample_period;
function new();
sample_period = 10;
//tmp_mb = new();
//spd_mb = new();
//fuel_mb = new();
endfunction
task sensor_tmp;
int tmp;
forever begin
std::randomize(tmp) with {tmp >= 80 && tmp <= 100;};
//tmp_mb.put(tmp);
tmp_q.push_back(tmp);
#sample_period;
end
endtask
task sensor_spd,
int spd;
forever begin
std::randomize(spd) with {spd>= 50 && spd <=60;};
//spd_mb.put(spd);
spd_q.push_back (spd);
#sample_period;
end
endtask
task sensor_fuel;
int fuel;
forever begin
Std::randomize (fuel) with {fuel>= 30 && fuel <= 35;};
//fuel_mb.put(fuel);
fuel_q.push_back(fuel);
#sample_periode
end
endtask
task drive () ;
fork
sensor_tmp ();
sensor_spd ();
sensor_ fuel ();
display(tmp_mb, "temperature");
display(spd_mb, "speed");
display(fuel_mb, "feul");
join_none
endtask
task display(string name, ref int q[$]);
int val;
forever begin
//mb.get(val);
wait(q.size() > 0) ;
val = q.pop_front();
$display ("car: : %s is %0d", name,val);
//$display ("car: %s is %0d", name, val);
end
endtask
endclass
module road;
car byd = new();
initial begin
byd. drive();
end
endmodule
通过队列改造来完成进程间通信的例子， 我们可以找出maibox与queue在使用时的差别：
maibox必须通过new()例化，而队列只需要声明。
mailbox可以将不同的数据类型同时存储，不过这么做是不建议的，对于队列来讲，它内部存储的元素类型必须一致。
mailbox 的存取方式put()和get()是阻塞方式，即使用它们时，方法不一定会立即返回，而队列所对应的存取方式，push_back()和pop_front()方法是非阻塞的，会立即返回。因此在使用queue取数时，需要额外填写wait(queue.size()>0)才可以在其后对非空的queue做取数操作，此外也应该注意，如果要调用阻塞方法，那么只可以在task中调用，因为阻塞方法是耗时的，而调用非阻塞方法，例如，queue中的push_back()和pop_front()方法，则既可以在task又可以在function中。
mailbox只能够用作FIFO,而queue除了按照FIFO使用，还有其它应用的方式例如LIFO（last in first out）
对于mailbox变量的操作，在传递形式参数时，实际传递并拷贝的是mailbox的指针，而在第二个例子中的task display()，关于queue的形式参数声明是ref方向，因为如果采用默认的input方向，那么传递过程中发生是数组的拷贝，以至于方向内部对queue的操作并不会影响外部的queue本身，因此在传递数组时，大家应该考虑到，对数组做的是引用还是拷贝，进而考虑端口的声明方向。
• mailbox在例化时，通过new(N)的方式可以使其变为定长 (fixed length)容器。这样在负载到长度N以后，无法再对其写入。如果用new()的方式，则表示信箱容量不限大小。
• 除了put()/get()/peek()这样的阻塞方法，用户也可以考虑使用try _put()/try _get()/try _peek()等非阻塞方法。
• 如果要显式地限定mailbox中元素的类型，可以通过mailbox #(type = T)的方式来声明。例如上面的三个mailbox存储的是int, 则可以在声明时进一步限定其类型为mailbox #(int)。
3.4 event semaphore mailbox对同一功能的实现代码比较
• 除了上面的三种常见需求， 有时候， 进程之间也需要同步。 这里我们来考虑， 如果要对这辆车熄火(stall)的话， 得先检查是否车挂挡在P (park) , 进而再将车钥匙拔出。
• 我们可以将stall和park两个线程的同步视作， 先由stall发起同步请求， 再等待park线程完成并响应同步请求， 最后由stall线程继续其余的程序， 最终结束熄火的过程。
• 我们不妨用之前掌握的SV三种进程通信的方式event、semaphore和mailbox来解决进程间的同步问题。
event代码实现：
class car;
event e_stall;
event e_park;
task stall;
$display ( "car::stall started");
#lns;
-> e_stall;
@e_park;
$display ( "car::stall finished") ;
endtask
task park;
@e_stall;
$display ("car: : park started");
#lns;
-> e_park;
$display("car::park finished");
endtask
task drive() ;
fork
this.stall();
this.park();
join_none
endtask
endclass semaphore 代码实现：
class car;
semaphore key;
function new();
key= new(0);
endfunction
task stall;
$display("car::stall started");
#lns;
key.put();
key.get();
$display("car::stall finished");
endtask
task park;
key.get() ;
$display("car: :park started");
#lns;
key.put() ;
$display("car: :park finished");
endtask
task drive();
fork
this.stall();
this.park();
join_none
endtask
endclass
mailbox代码实现：
task stall;
int val = 0;
$display ("car:: stall started");
#lns;
mb.put(val);
mb.get(val);
$display("car::stall finished");
endtask
task park;
int val = 0;
mb.get(val);
$display ("car::park started");
#lns;
mb.put(val);
$display("car::park finished");
endtask
task drive();
fork
this.stall();
this.park();
join_none
endtask
endclass
• 上面三种用来实现线程A请求同步线程B, 线程B再晌应线程A的同步 方式输出结果保持一致。
• 从这三段代码可以看出， 用来做线程同步的选择也有多种。
• 如果要在同步（事件）的同时， 完成一些数据传输， 那么更合适的是mailbox, 因为它可以用来存储一些数据，而event和semaphore更偏向于小信息量的同步， 即不包含更多的数据信息。
# car::stall started
# car::park started
# car::park finished
# car::stall finished
event: 最小信息量的触发，即单一的通知功能。可以用来做事件的触发， 也可以多个event组合起来用来做线程之间的同步。
semaphore: 共享资源的安全卫士。如果多线程间要对某一公共资源做访问，即可以使用这个要素。
mailbox: 精小的SV原生FIFO。在线程之间做数据通信或者内部数 据缓存时可以考虑使用此元素。