UVM Heartbeat机制

1. 前言

在硬件电路中，为了使系统在异常情况下能自动复位，一般都需要引入看门狗(Watchdog)。看门狗其实就是一个定时器电路。当看门狗启动后，计数器开始自动计数，经过一定时间，如果没有被清零，计数器溢出就会对CPU产生一个复位信号使系统重启（俗称“被狗咬”）。系统正常运行时，需要在看门狗允许的时间间隔内对看门狗计数器清零（俗称“喂狗”），不让复位信号产生。如果系统不出问题，程序保证按时“喂狗”，一旦程序跑飞，没有“喂狗”，系统“被咬”复位。

2. Heartbeat作用

UVM heartbeat在UVM中充当类似看门狗定时器的角色，我们可以设定它的定时长度，也就是在这时间内必须要喂狗，还可以设定heartbeat要监控的组件。uvm_heartbeat 监视测试环境中组件的活动，如果发现在指定的时间间隔内没有活动，则 uvm_heratbeat 发出UVM_FATAL消息，导致模拟结束，可以在早期阶段检测仿真挂住，而不是在全局仿真超时到期时检测：

• 这将有助于识别导致死锁的组件；
• 通过提前终止仿真来节省仿真时间并释放资源；

既然uvm_heartbeat类似于看门狗，那么在使用上，只需要关注以下三件事：

• 配置它的定时长度 (这段时间内没有喂狗就终止仿真)
• 配置它需要监控的对象 (由哪些对象去喂狗)
• 设置多长时间喂狗 (正常情况下这个时间要小于步骤1的定时长度，除非TB或RTL出问题了)

3. Heartbeat内置函数

uvm_heartbeat 类派生自 uvm_object，它提供一组内置方法来方便用户使用。有如下：

方法定义	描述
function new(string name, uvm_component cntxt, uvm_objection objection=null)	uvm_heartbeat的构造函数，name指定当前instance的名字，cntxt通常传当前component的this就好了，objection是uvm_heartbeat监控的关键参数，其它components通过raise或drop这个objection来表示有activity。
function uvm_heartbeat_modes set_mode (uvm_heartbeat_modes mode = UVM_NO_HB_MODE)	设置或检索heartbeat的模式，有以下4种模式： 1. UVM_ALL_ACTIVE  – all components are active 2. UVM_ONE_ACTIVE – only one component is active 3. UVM_ANY_ACTIVE – any component is active 4. UVM_NO_HB_MODE — disabled
function void set_heartbeat (uvm_event#(uvm_object) e, ref uvm_component comps[$])	comps[$]传递需要监控的组件列表，e用于触发heartbeat检查，并启动heartbeat开始监视。1. 如果event e为空的话，则必须通过显示调用start()方法来启动监视。2. 如果用户需要更改event e，则必须使用stop()来停止监视，并且start()来使新event开始触发监视。
function void add (uvm_component comp)	除了在set_heartbeat里可以传递要监控的组件，也可以单独通过add函数来添加监控组件。
function void remove (uvm_component comp)	将监控组件从监控列表中移除
function void start (uvm_event#(uvm_object) e=null)	启动heartbeat监控。 1. 如果 e 为空，则使用先前设置的事件。 2. 如果之前未设置任何事件，则会发出警告。 3. 如果触发的事件与正在运行的监视器的当前事件不同，则会发出错误。
function void stop ()	停止heartbeat监视并可以使用 start() 方法调用启动。

注意：uvm_event e 必须定期触发，它会设置一个监视窗口。如果heartbeat监视器在该时间段内未发现任何活动，则会生成 HBFAIL UVM_FATAL消息。一般来说，事件e可以在无限循环中触发，作为一个永远持续的过程。

4. Heartbeat例子

根据heartbeat的作用和内置函数，举个使用例子。

第一步创建喂狗的uvm_objection实例(假设为uvm_objection obj=new(“obj”))，这个objection需要传递给uvm_heartbeat和所有被监控组件，被监控组件需要定期去raise这个obj来达到喂狗的目的。

第二步创建触发监控窗口的uvm_event实例(假设为uvm_event hb_e=new(“hb_e”))，这个event决定了多长时间去检查下是否有组件喂狗了，也就是raise objection。

第三步就是创建uvm_heartbeat实例(假设为uvm_heartbeat hb=new("hb", this, obj))，在这里把obj传递进去了。

第四步设置uvm_heartbeat的工作模式，比如hb.set_mode(UVM_ANY_ACTIVE)。

第五步设置uvm_heartbeat触发检查的event和检查对象，比如hb.set_heartbeat(hb_e,hb_comp)。这里面把event hb_e和监控组件列表comp传递给uvm_heartbeat了。

此时uvm_heartbeat就正式开始工作了，在hb_e每次被trigger()的时候，根据当前工作模式去检查各个被监控组件是否有调用过obj.raise_objection(this)。如果没有，就会停止仿真，表明验证环境有异常情况。另外一点大家主要注意的是，被监控的多个组件raise的objection是同一个，也就是obj这个实例，因此需要在上层创建好obj之后，把句柄传递给各个被监控组件去raise。

以下为uvm_heartbeat监控两个组件(compA和compB)的示意图，uvm_heartbeat模式为UVM_ALL_ACTIVE。第一张图，在检查窗口内，compA和compB都有喂狗，检查通过。第二张图，在检查窗口内，只有compB喂狗，compA没有喂狗，因此检查失败，会报出UVM_FATAL。