UVM自学笔记：项目之四（重难点）——具有AHB二级流水特性的高适用性driver的编写（考虑到hready为低情况）

 

目录

1. driver写功能编写，为了验证driver的功能我们同时需要完善sequence、sequence_item、env、testcase以及模拟DUT行为的Slave_module

1.1 interface的编写：

1.2 driver写功能编写：

1.2.1 初始main_phase代码：

1.2.2 满足AHB二级流水要求的main_phase代码：

1.2.3. do_drive任务代码：

1.2.4.send_addr_control()/send_wdata()/judge_trans_finished()任务代码

1.2.5.对照波形进行判断

1.3. 模拟slave行为具有发送hready信号功能的module的代码

1.4. seq_item的编写，代码如下：

1.5. seq的编写，代码如下：

1.6. 在testcase中启动seq，给seq配置控制参数具体值

1.7. 在tb_top中将tb与slave_module连接起来，并且产生时钟和复位信号

1.8. 写makefile跑仿真验证写信号时序正确性

1.8.1我们打开VCS看看波形

2.完善driver的读写功能时序

2.1driver的代码部分：

2.1.1 driver中的main_phase阶段代码如下：

 2.1.2 get_sim_trans的任务如下，也可以将该task写成方法

 2.1.3 do_drive任务代码如下：

 2.1.4 do_drive中的send_addr_control任务代码：

 2.1.5 do_drive中的send_wdata任务代码：

 2.1.6 do_drive中的judge_trans_finished任务代码：

2.2 接下来我们完善模拟DUT行为的Slave的module的编写

2.2.1 Slave中产生hready信号：

2.2.2 Slave中判断一笔trans是否完成：

 2.2.3 Slave接受总线上的数据：

​

 2.2.4 Slave发送一笔读数据： 

 2.2.5 其他组件配置：

3. 用makefile编译，VCS仿真查看结果：

---

1. driver写功能编写，为了验证driver的功能我们同时需要完善sequence、sequence_item、env、testcase以及模拟DUT行为的Slave_module

1.1 interface的编写：

interface如下，在driver，monitor和slave_module的clocking_block中声明好各自信号的方向。 

1.2 driver写功能编写：

1.2.1 初始main_phase代码：

 Driver 通过79行代码get到seq传来的req，随后执行do_drive函数将该笔trans传递到总线上，然后调用82行代码完成与seq的握手，之后通过83行代码，来到下一个时钟上升沿，这样做会有以下几个缺点：

（1）首先，#10ns是一个hard code，一旦我们更改了时钟频率，就要到driver中重新修改该值，非常不便利。

（2）其次，seq中每产生一笔数据就会通过79行的握手被driver给get到，然后执行push到总线上的操作。但是ahb是二级流水，产生的req内既有地址和控制信号，又有数据信号，数据信号总是滞后于地址信号一个时钟周期被发送到总线上，直接将所有信号push到总线上显然是不满足二级流水的时序要求，并且当hready为低时可能会丢掉hready为低时候的信号。

（3）最后，假设我们将产生10笔trans，当执行其中一笔trans时，此时hready为低，do_drive函数不能将当前的trans push到总线上，随后调用82行的代码，让seq产生下一笔trans，那么就会丢掉hready为低时候的trans，并且让总的trans数目不满足10笔。

解决问题的方法如下：

（1）问题一：我们将#10ns修改为@vif.drvCLK

（1）问题二：我们应该设法在driver中加入队列，队列里面按照顺序存放着由seq产生的每一笔trans，然后driver从该队列中按照先入先出的顺序取出数据，并将数据发送到总线上，这样既能保证二级流水，又不会丢失每一笔trans。

（2）问题三：我们让driver从seqr中get到trans的操作与driver将该笔数据按照时序发送到总线上的操作分开。在main_phase中开启两个并发线程，其中一个线程负责不断地通过seq与drv的握手从seq中获取trans并放入drv的队列中等待处理，而另一个线程负责将drv队列中的trans转换成pin级的信号按照AHB二级流水的时序要求发送到总线上。

1.2.2 满足AHB二级流水要求的main_phase代码：

 （1）首先，我们在main_phase中启动了两个forever的并发线程，其中一个负责通过95行方法:get_sim_trans，从seq中get到其产生的数据。并且将该数据放入到队列中等待处理。队列包含存放地址的队列sim_addr_q[$]，以及存放控制信号或者写数据信号的其他队列。我们通过第92行的判断条件，保证了当队列中的待处理trans数目少于2个时候，就让seq产生数据，否则就无需让seq产生数据，这样可以避免在hready为低的时候，队列中未处理的数据数目越来越多，而占用大量内存空间。又可以保证在所有trans结束之前，sim_addr_q中都有至少一笔trans交给drive的do_drive函数去处理而不会出现丢数据或者数据断层的情况。

（2）其次，我们通过第二个线程第105行的任务do_drive，将trans中的每一笔信号按照时序要求发送到总线上。

1.2.3. do_drive任务代码：

首先我们来对照ahb的时序波形：

 我们需要将该波形抽象成具体的代码，为了满足二级流水特性，地址和控制信号的相位总是提前于数据相位，并且driver需要知道什么时候可以发送下一笔trans。为了简化设计，我们先只考虑写数据的情况，代码如下：

 采用三个并发线程：其中send_addr_control()负责发送地址和控制信号，send_wdata()负责发送写数据信号，而judge_trans_finished()负责判断当前的trans是否有完成。需要进行如下控制：

1）其中数据相位总是滞后于地址相位，所以我在send_addr_control中增加一个信号，当该线程执行完毕后，把信号拉高，而send_wdata则等待该信号为高时才执行，而拉高的信号只有到下个时钟上升沿才会被感知到，因此完成了时序上的数据相位滞后于地址相位一个时钟周期，在send_wdata执行完以后，再将该信号拉低。

2）三个线程的执行顺序通过握手信号实现。让judge_ready线程最先执行，然后让send_wdata()线程执行，最后让send_addr_control执行

3）这样写还有一个优点：就是三个线程前可以通过#延时来控制具体每个信号前的延时时间。

1.2.4.send_addr_control()/send_wdata()/judge_trans_finished()任务代码

1.地址和控制信号的发送任务：send_addr_control

这里我们采用了一个队列addr_q用于存放从sim_addr_q中get到的地址信号，并且让该队列中最大只能有两笔未完成的trans，当判断完成一笔trans时，则将该trans从addr_q中pop出来，对于地址信号，只要addr_q队列中未完成的信号少于两个，我们就可以一直发送信号到总线上，否则不能发送新trans而应该对未完成的旧trans再发送一次。当发送完地址信号后，将haddr_send_ready信号拉高，这样数据信号才被授权发送。

2.写数据信号的发送任务：send_wdata()

得到了addr发送完毕的授权：haddr_send_ready>0以后，我们将数据信号从sim_wdata_q队列中get到，然后push到总线上，并push进入wdata_q队列中。该队列仅允许有一笔未完成的trans，当该trans完成时，则将该trans从wdata_q中pop出来，当该trans未完成时，我们应该将未完成的trans继续push到总线上。完成一笔读数据信号发送后，将haddr_send_ready拉低。

3.判断一笔trans是否完成的任务（只考虑写操作）：judge_trans_finished()

 该任务负责判断总线上该时钟沿是否有一笔trans完成，当hready为高且wdata_q中有一笔写数据时表示有一笔trans将会在这个时钟沿完成，将完成的trans从对应的队列中pop出去。

1.2.5.对照波形进行判断

 1.在t0时刻，judge线程判断没有trans完成，执行发送旧trans操作（x）；data_send线程判断不发数据，执行发送旧trans操作（x）；addr_send线程判断发数据A到总线上，并将数据push进入addr_q中，将addr_send_ready信号拉高；

2.在t1时刻，judge线程判断没有trans完成，执行空操作；data_send线程判断addr_send_ready信号为高，并且addr_q中没有待完成的trans，执行发送A写数据，并将addr_send_ready拉低，将Apush进入wdata_q中；addr_send线程执行发送B地址数据，将addr_send_ready拉高，addr_q中有两个trans：A和B；

3.在t2时刻，judge线程判断有trans完成，执行将addr_q和wdata_q的第一笔trans:A pop出来，完成该trans；datas_send线程判断执行，发送数据B；addr_send线程执行发动数据C

4.在t3时刻，judge线程发现hready为低，执行发送旧数据操作（C）；data_send线程发现wdata_q中有一笔未完成的wdata信号，执行发送旧数据操作（B）；addr_send线程发现addr_q中有2笔未完成的trans，执行空操作；

5.在t4时刻，judge线程判断有trans完成，完成该trans（B）；data_send线程判断可以发数据，发送数据C；addr_send线程判断sim_addr_q为空，不执行空操作；

6.在t5时刻，judge线程判断有trans完成，完成该trans(C)；由于addr_send_ready为低，data_send线程判断不能发数据；并且addr_send线程不发送地址。

1.3. 模拟slave行为具有发送hready信号功能的module的代码

当driver中有关写功能都验证完毕后，我们试着写一个slave的module，能够模拟slave产生hready_resp信号，并以此来验证driver写的是否有问题。

Module的代码如下：

1.4. seq_item的编写，代码如下：

 

 在seq_item中，我们将各个信号包在其中，并且产生一个静态变量count，在new函数中，每新产生一笔trans，count的值就会加1，用来对每一笔trans打印一个trans_id标签，之后我们让每个信号类型是rand型的，利用contraint函数为其随机化设置范围，我们在检验driver功能的时候，让地址信号为trans_id*10，写数据信号为trans_id*100。之后我们利用automatic_field给每个信号开启copy clone print等功能。

1.5. seq的编写，代码如下：

 在body函数中采用手动的方式启动这个seq，通过start_item和finish_item实现与driver的握手。并且在两者之间对seq_item进行randomize。Seq中有一个信号trans_num，是用来控制一共产生多少笔trans的，在tb中通过config db机制配置给seqr，在seq中通过config机制和m_sequencer句柄get到该控制参数。

1.6. 在testcase中启动seq，给seq配置控制参数具体值

 在main_phase阶段通过start函数在固定seqr上启动该seq，注意raise_objection和drop_objection

#1000ns是为了让最后的几笔trans能够完成。

 给seq配置trans_num的值为30，共产生30笔trans

1.7. 在tb_top中将tb与slave_module连接起来，并且产生时钟和复位信号

1.8. 写makefile跑仿真验证写信号时序正确性

Makefile如下，我们跑几个不同的seed

 成功跑通了30笔trans：

 打印的log文件如下：

1.8.1我们打开VCS看看波形

 一共30笔trans，trans完成的时间和log文件完全对应的上

我们将seed换成2，trans数目换成50再试试看：

 

 结果一目了然，完全符合预期。

至此，我们完成了driver的写操作的时序设计。接下来，我们将完善driver的读操作的设计。

2.完善driver的读写功能时序

这部分我们重点把driver中读写功能以及模拟DUT行为的slave module的读写功能全部完善，保证读写时不会出现任何的时序上的错误与丢数据情况，让driver的复用性提高

2.1driver的代码部分：

2.1.1 driver中的main_phase阶段代码如下：

在main_phase中启动了两个并发线程，第一个forever进程负责不断地get从sequence产生的数据，为了不让sequence中产生的数据在仿真的0ns就全部传入driver的内部Queue中，我们通过sim_addr_q.size()进行判断，一旦driver中该Queue中没有足够的数据可发，我们便让driver通过seq_item_port.get_next_item语句从seuqnce中拿到数据，如果drv中的queue中的trans足够用，那么我们在该时钟沿处则不get数据。

第二个线程driver则将get到的trans通过do_drive这个任务按照ahb的二级流水的时序要求发送到总线上，同时，我们将hselx信号也引入，因为hselx信号来源于decoder，我们按照组合逻辑的方式驱动该信号即可，不用在每个时钟的上升沿处。

 2.1.2 get_sim_trans的任务如下，也可以将该task写成方法

从seq中get到的seq_item将其拆解成信号级，并将每个信号放入一个固定的sim_*_q的queue内。

 2.1.3 do_drive任务代码如下：

在每一个时钟的上升沿，三个线程的执行顺序如下：judge线程 -> send_wdata线程 -> send_addr_control线程。

send_addr_control线程负责发送地址和控制信号；

Send_wdata线程负责发送写数据信号；

Judge线程负责判断该时刻是否有trans完成，并决定后续的trans是否应该发送；

 2.1.4 do_drive中的send_addr_control任务代码：

Ahb二级流水最多允许只有两笔未完成的trans，因此让addr_q.size<2时，可以向总线上push数据，每向总线上push一笔trans，addr_q.size+1。

Haddr_send_ready用于通知线程send_wdata发送数据，因为二级流水，数据相位总是滞后于地址相位周期，只有地址相位发完了数据，数据相位才可以发送。

 2.1.5 do_drive中的send_wdata任务代码：

因为seq产生的每一笔trans中都有写数据，然而当hwrite为低时，我们进行读操作，不希望有这笔写数据被放进待完成处理的queue中，因此用hwrite信号进行控制，当发现这笔trans是读操作时，我们将trans中的写数据删掉。

如果当前trans是写操作，当这笔trans的地址发送完毕后，我们在下个时钟沿将写数据发送出去，并等待hready为高时，将其处理掉。

 2.1.6 do_drive中的judge_trans_finished任务代码：

区分读操作还是写操作，如果hready为高时，完成了一笔trans，我们需要将其从对应的queue中pop出来，这样addr的queue才能继续接受sim_addr_queue中待处理的trans，wdata的queue也才能接受待处理的wdata，并发送到总线上。

Hready为低，不能完成当前trans，则不应该将该笔trans从queue中pop出来，在下个时钟沿继续处理该trans。

2.2 接下来我们完善模拟DUT行为的Slave的module的编写

Slave在每个时钟的上升沿先判断一笔trans有没有完成，如果没完成，则不从总线上get数据。如果完成了一笔trans，就将从总线上get到的数据从queue中pop出去，然后从总线上get到一笔新trans，之后根据自己产生的ready信号和当前trans的hwrite信号判断下个时钟上升沿要不要发送rdata信号。

Slave的具体代码如下：

 当slex信号选中该slave时，执行操作，否则什么也不做。

2.2.1 Slave中产生hready信号：

2.2.2 Slave中判断一笔trans是否完成：

采用与driver类似方法判断一笔trans是否完成

 2.2.3 Slave接受总线上的数据：

当满足条件时，从总线上接受数据，如果发现一笔trans是读数据，将其记录下来，在执行这笔trans时，我们要发送读信号。每发现一笔读操作，就通过send_rdata_msg记录下来。

 2.2.4 Slave发送一笔读数据： 

为了简化操作，这里通过urandom随机发送读数据信号

 2.2.5 其他组件配置：

在seq_item中，将hwrite的随机化范围控制在0或者1：

 在testcase中启动20笔trans：

 至此，完成了slave module代码编写；

3. 用makefile编译，VCS仿真查看结果：

下面我们就不断地变更seed，并且使用VCS用makefile自动化编译仿真，查看log文件并用VCS查看波形：

 结果：一共产生了20笔trans都被drv成功地get到了，并且有7笔写操作和13笔读操作。

 打印的log信息如下:

 波形如下：

 我们仔细用log文件对照波形，完全符合规定的时序，没有一点问题。

为了确保正确性，更改seed再跑一遍：

这次共有12笔读操作，8笔写操作：

 Log文件：

 这里我们发现了一个问题，第三笔trans时候，它的写数据不对，第三笔trans的trans_id是3，地址是trans_id*10为30，数据是trans_id*100为300.但此时的数据是200，原因是前两笔trans是读操作，我们没有把第二笔trans的wdata信号及时删除掉，我们打开driver看看发送数据send_wdata的代码：

 原因就出现在红色画圈部分，这样删掉的方法有些笨重，而且判断不准确，我们换个思路，在接受数据的时候就进行一个判断，如果是读操作，那我们则不要把这笔trans接收过来，这样还可以在程序一开始节省内存空间，一举两得。

找到get_sim_trans函数，进行如下修改：

 随后我们再编译仿真一次，log文件如下：

 可以看到，错误被成功纠正了。

对照波形：没有问题

 继续换seed跑一下，确保正确性：

这里有10笔读和10笔写

 Log文件如下：

 波形如下：没有任何问题

 综上，我们完成了模拟AHB二级流水的driver的编码，并用自写的模块slv_module进行了验证。

跑了多个seed，都没有任何问题

综上，完成了AHB-driver最令人头疼的部分。

在下一篇博客，我们将完成driver中其他的信号，并完成monitor的代码编写。