SystemVerilog interface使用说明
1. Interface概念
System Verilog中引入了接口定义，接口与module 等价的定义，是要在其他的接口、module中直接定义，不能写在块语句中，跟class是不同的。接口是将一组线捆绑起来，可以将接口传递给module。
2. 接口的优点
一）通过接口在module之间或内部进行信号，模块的输入列表就是一个接口，这样简单，避免手动连线的错误。
二）如果需要增加模块的IO，只需要在接口中增加，不需要改变模块的输入列表，防止输入错误、少改了哪个模块的列表。
三）在UVM 中需要在不同的class之间传递信号，用接口的话，传递一组信号只需要uvm_config_db一个接口就可以了，如果不用接口，那么就需要好多条uvm_config_db语句。
四）接口中可以定义一些initial（生成时钟），always块，任务，函数，类的句柄。
3. 定义接口
可以在接口中定义一些信号、函数、任务、class对象，也可以有always，initial语句块。比如可以在initial块中生成时钟clk。
3.1 定义
interface if(input bit clk);
logic data;
logic valid;
logic addr;
endinterface3.2 modport
可以用modport将接口中的信号分组。比如总线接口中，master、slave、arbiter需要的信号是不同的，输入输出也不同。
interface if(input bit clk);
logic [7:0] data;
logic valid;
logic [7:0] addr;
logic request;
logic grant;
logic command;
logic ready;
modport MASTER(output request,addr,command);
modport SLAVE(input request,addr,command,output ready);
modport ARBITER(input request,output grant);
endinterface
module Master (if.MASTER if_u);
...
endmodule
module test;
if if_u;
Master m_u(if_u.MASTER);
endmodule 4. 激励时序
测试平台需要和设计之间的时序密切配合。比如在同一个时间片内，一个信号需要被同时写入和读取，那么采样到新值还是旧值？非阻塞赋值可以解决这个问题，值的计算在active区域，值的更新在NBA区域——采样到的是旧值。
4.1 时钟块控制同步信号的时序
在接口中定义时钟块，时钟块中的任何信号都相对于时钟同步驱动和采样。时钟块大都在测试平台中使用。
interface if(input bit clk);
logic [7:0] data;
logic valid;
logic [7:0] addr;
clocking cb@(posedge clk);
input valid;
input data;
input addr;
endclocking
modport TEST(clocking cb);
modport DUT(input valid ,input data);
endinterface一个接口中可以有多个时钟块，但每个时钟块只有一个时钟表达式。如@(posedge clk)定义了单时钟；@(clk)定义了DDR时钟（双数据率，两个沿）。
4.2 logic还是wire
在测试平台中，如果用过程赋值语句驱动接口中的信号，那么信号要在接口中定义为logic，如果是连续赋值驱动，定义成wire。
定义成logic的一个好处是，如果多个信号驱动logic，那么编译器会报错，这样你就知道写错了，如果是wire，这个错误就隐藏了。
4.3 对测试平台和DUT中事件的调度
如果没有用时钟块，测试平台对DUT的驱动和采样存在竞争，这是因为测试平台的事件和DUT的事件混合在同一个时间片中。
SV中将测试平台中的事件和DUT中的事件分离。时间片划分：
SV的主要调度区域：
4.4 设计和测试平台之间的时序
时钟块（测试平台）在#1step延时之后采样DUT，也就是采样上一个时间片postponed区域的数据。也就是前面讲的采样旧值。
时钟块（测试平台）在#0延时之后驱动DUT信号。0延迟说明还在同一个time slot，DUT能够捕捉到变化。
更细致的时间片划分：
| time slot | |
|---|---|
| active | design |
| inactive | 显示0延迟阻塞赋值； |
| observed | SVA |
| reactive | SV |
| postponed | SV 采样 |
5. 接口采样和驱动信号的时序
为了同步接口中的信号，可以在时钟沿采样或者驱动接口信号。可以在接口中定义时钟块来同步接口信号：
interface if(input bit clk);
logic data;
logic valid;
logic addr;
clocking cb@(posedge clk);
input valid;
input data;
input addr;
endclocking
modport TEST(clocking cb);
modport DUT(input valid ,input data);
endinterface在测试平台中的信号才需要同步。
5.1 接口信号采样时序
如果时钟块中的信号采样DUT中的信号，采样的是上一个时间片（time slot）postponed区域的数据。即如果DUT信号在时钟沿发生0-1跳变，那么采样到0。DUT接口想要驱动TEST接口中时钟块里的信号，需要先给DUT接口信号赋值：
module dut(if.DUT if0);
....
#10 if0.valid = 1;
#10 if0.valid = 2;
....
endmodule
5.2 接口信号驱动时序
如果时钟块驱动DUT信号，值会立即传入到设计中。即如果时钟块中的信号在时钟沿发生0-1跳变，则时钟沿之后DUT中为1。时钟块想要驱动DUT，需要在testbench给时钟块中的信号赋值，在tb中驱动时钟块中的信号需要同步驱动，用“<=”符号。时钟块中的信号驱动采样
program tb(if.TEST if1);
...
#10 if1.cb.valid <= 1;
#10 if1.cb.valid <= 0;
...
endprogram
6. 使用虚接口
之前介绍的接口都是跟module一样来描述硬件的；在SV中有面向对象的概念，在class里面使用虚接口——virtual interface。
虚接口是一个物理接口的句柄（handler），同这个句柄来访问硬件接口。虚接口是唯一链接动态对象和静态模块、接口的一种机制。
6.1 在测试平台中使用接口
interface inf; //定义接口
...
endinterface
program test(inf if0); // 接口传入测试平台
driver drv;
initial begin
drv = new(if0); // 接口传给driver对象
end
endprogram
class driver;
virtual vif; // 在class中为虚接口
function new(inf i);
vif=i;
endfunction
endclass
module top;
inf inf0(); // 例化接口
test t1(inf0);
dut d1(inf0);
endmodule也可以在tb中跨模块引用XMR（cross module reference）接口
program test(); //没有接口参数
virtual inf if0=top.inf0;//top是顶层模块
...
endprogram
module top;
inf inf0(); // 例化接口
test t1(); // tb无接口列表
dut d1(inf0);
endmodule6.2 使用端口传递接口数组
interface inf(input clk);
...
endinterface
parameter NUM=10;
module top;
inf xi[NUM](clk); // 顶层例化多个接口,接口名后跟个数
test t1(xi);// 接口作为参数
dut...
endmodule
program test(inf xi[NUM]); // 接口参数列表
virtual inf vxi[NUM];
initial begin
vxi=xi;
end
endprogram也可以用跨模块引用。
7. 接口中的代码
接口中可以定义信号、函数、任务、class对象，也可以有always，initial语句块。
下面给一个在《UVMPrimer》中的例子：
interface tinyalu_bfm;
import tinyalu_pkg::*;
byte unsigned A;
byte unsigned B;
bit clk;
bit reset_n;
wire [2:0] op;
bit start;
wire done;
wire [15:0] result;
operation_t op_set;
assign op = op_set;
task reset_alu();
reset_n = 1'b0;
@(negedge clk);
@(negedge clk);
reset_n = 1'b1;
start = 1'b0;
endtask : reset_alu
task send_op(input byte iA, input byte iB, input operation_t iop, shortint result);
if (iop == rst_op) begin
@(posedge clk);
reset_n = 1'b0;
start = 1'b0;
@(posedge clk);
#1;
reset_n = 1'b1;
end else begin
@(negedge clk);
op_set = iop;
A = iA;
B = iB;
start = 1'b1;
if (iop == no_op) begin
@(posedge clk);
#1;
start = 1'b0;
end else begin
do
@(negedge clk);
while (done == 0);
start = 1'b0;
end
end // else: !if(iop == rst_op)
endtask : send_op
command_monitor command_monitor_h;
function operation_t op2enum();
case(op)
3'b000 : return no_op;
3'b001 : return add_op;
3'b010 : return and_op;
3'b011 : return xor_op;
3'b100 : return mul_op;
default : $fatal("Illegal operation on op bus");
endcase // case (op)
endfunction : op2enum
always @(posedge clk) begin : op_monitor
static bit in_command = 0;
command_s command;
if (start) begin : start_high
if (!in_command) begin : new_command
command.A = A;
command.B = B;
command.op = op2enum();
command_monitor_h.write_to_monitor(command);
in_command = (command.op != no_op);
end : new_command
end : start_high
else // start low
in_command = 0;
end : op_monitor
always @(negedge reset_n) begin : rst_monitor
command_s command;
command.op = rst_op;
command_monitor_h.write_to_monitor(command);
end : rst_monitor
result_monitor result_monitor_h;
initial begin : result_monitor_thread
forever begin
@(posedge clk) ;
if (done)
result_monitor_h.write_to_monitor(result);
end
end : result_monitor_thread
initial begin
clk = 0;
forever begin
#10;
clk = ~clk;
end
end
endinterface : tinyalu_bfm函数使用的时候通过接口对象调用就行了
virtual tinyalu_bfm inf;
initial begin
inf.send_op(..);
end8. 接口使用注意事项
-
接口不能在package中被`include 。
下面这种写法是会报错的。
package pkg; `include "apb_if.sv" …… endpackage而要放在package外面
`include "apb_if.sv" package pkg; …… endpackage如果要在UVM中要通过hierarchy访问DUT中的信号，最好将这些信号放在interface中，然后将virtual interface传给UVM
// 在接口中定义信号 interface bfm; bit[7:0 addr; endinterface // 实例化接口 bfm u_bfm(); // 将虚接口传给UVM initial begin uvm_config_db#(vitual bfm)::set("", uvm_test_top, "bfm", bfm); end // 在UVM可直接操作虚接口如果不这样的话，当uvm component（driver， monitor， agent等）文件是通过package来管理的话，就不能在UVM中hierarchy引用DUT中的信号。