TLM通信 — UVM

文章目录

简介
1.端口的使用
2.单向通信
3.双向通信
4.多向通信
5.通信管道
- 1. TLM_FIFO
- 2. Analysis Port
- 3. Analysis TLM FIFO
- 4. request & response 通信管道

简介

系统原型阶段和芯片验证阶段均使用了TLM通信方式。前者是为了更快地实现硬件原型之间的数据通信，后者是为了更快地实现验证组件之间的通信。

仿真速度是TLM对项目进度的最大贡献，同时TLM传输中的事务又可以保证足够大的信息量和准确性。

TLM并不是某种语言的产物，而是作为一种提高数据传输抽象级的标准存在的。

TLM是一种基于事务（Transaction）的通信方式，通常在高抽象级语言，例如SystemC、SV/UVM中作为模块间的通信方式。

TLM通信保证了 相邻组件之间的通信不再通过显式句柄引用，而是独立于组件的通信方式，为验证 组件的复用提供了很好地封闭性。

基本概念：

TLM通信需要两个通信的对象（分别称为initiator 和 target）。谁先发起通信请求，谁就属于initiator，而作为通信的响应方，称为target。按照Transaction的流向，可以将对象分为 producer 和 consumer。数据从哪里产生，它就属于producer，而数据流向了哪里，它就属于consumer。注意：transaction的流向不一定是从initiator流向target，也可能是target流向initiator。

initiator 与 target 的关系同 producer 与consumer的关系不是固定的。
有了两个参与通信的对象后，用户需要将TLM通信方法在target一端中实现，以便于initiator将来作为发起方可以调用target的通信方法，实现数据传输。
最后需要将两个对象进行连接，需要在两个TLM对象中创建TLM端口，继而在更高层次中将这两个对象进行连接。

TLM通信步骤：

分辨出initiator 和 target ，producer 和 consumer；
在 target 中实现TLM通信方法；
在两个对象中创建TLM端口，initiator中创建port端口，target端创建imp端口；
在更高层次对两个对象的端口进行连接。

分类：

从数据流向来看，传输方向分为单向和双向

单向传输：由initiator发起request transaction
双向传输：由initiator发起request transaction，传送至target，继而target在消化了request transaction后，会发起responde transaction返回给initiator。

端口按照类型可以分为3种：

port：经常作为initiator的发起端，initiator凭借port才可以访问target的TLM通信方法；
export：作为initiator和target中间层次的端口；
imp:只能作为target接受request的末端，它无法作为中间层次的端口，所以imp到的连接无法再次延伸。

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1.端口的使用

就单向端口而言，声明port和export作为request发起方，参数只需要指定transaction类型参数，而声名imp作为request接收方，参数有2个，第一个指定指定transaction类型，第二个指定它所在的component类型。

就声明双向端口而言，指定参数需要考虑双向传输的因素，将传输类型transaction拆分为request transaction 和response transaction。
TLM端口连接的一般做法：

在initiator端例化port，在中间层例化export，在target端例化imp，在build_phase中创建；
多个port可以连接到同一个export或者imp；但是单个port或者export无法连接到多个imp上；

可以理解成多个initiator可以对同一个target发起request，但是同一个initiator无法连接多个target；
注：后文使用 Analysis Port或者Analysis TLM FIFO通信管道可以实现一端对多端。
port 可以连接port 、export 和 imp；export 可以连接 export 和imp 上；imp是数据传输的终点，无法扩展连接。

2.单向通信

单向通信是指由initiator 到target之间的数据流向是单一方向的，或者说initiator和target只能扮演producer和consumer中的一个角色。
声明port和export作为request发起方，参数只需要指定transaction类型参数，而声名imp作为request接收方，参数有2个，第一个指定指定transaction类型，第二个指定它所在的component类型。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ck0TC9FW-1623290831307)(C:\Users\xrt\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\1622706137470.png)]

阻塞端口的方法类型是task,这保证了可以实现事件等待和延时；非阻塞端口的方式为function类型，这确保调用可以立即返回。

blocking阻塞传输的方法：

put（）：initiator先生成数据T t ，同时将数据传送至target
get（）：initiator从target获取数据T t ，而target中的该数据T t 则应消耗
peek（）：initiator从target获取数据T t ，而target中的该数据T t 还应该保留

nonblocking非阻塞函数为：

try_put()
can_put()
try_get()
can_get()
try_peek()
can_peek()

函数try_xxx可以发送和获取数据，如果成功，返回1，失败返回0;可以通过can_xxx先试探target是否可以接受数据，再通过try_xxx发送，提高数据发送的成功率。

3.双向通信

双向通信的initiator和target两端之间数据流向是双向的，即两端initiator和target同时扮演者producer和consumer，而initiator作为request发起方，在发起request后，还会等待response返回。

双向端口按照通信握手方式可以分为：

transport 双向通信方式
master和 slave 双向通信方式

transport 端口通过 transport() 方法，可以在同一方法调用过程中完成 REQ 和 REP的发出和返回。

master 和slave的通信方式必须分别通过put 、get 和peek()的调用，使用两个方法才完成一次握手信号

master端口和slave 端口的区别：当initiator 作为 master时，它会发送REQ至 target端，然后再从target端获取 RSP；当initiator使用slave端口时，它会先从target端获取REQ,然后将RSP送至target端。

4.多向通信

多向通信仍然是两个组件之间的的通信，而不是多个组件之间的通信。
多向通信是指，如果initiator与target之间的相同TLM端口数目超过一个的情况，在target端的解决方法。
UVM通过端口宏声明方式来解决这一问题，它解决的核心问题在于让不同端口对应不同的任务名，这样就不会造成方法名的冲突

注意：当在target中两个端口访问同一个资源时，要使用旗语控制资源访问。

//在端口后增加“-decl”
`uvm_blocking_put_imp_decl(SFX)//SFX表示后缀名称
`uvm_nonblocking_put_imp_decl(SFX)...
-------------------------------------------------
`uvm_blocking_put_imp_decl(_p1)//定义了两个独一无二的imp端口类型
`uvm_blocking_put_imp_decl(_p2)
class comp1 extends uvm_component;uvm_blocking_put_port#(itrans) bp_port1;//两个同名端口uvm_blocking_put_port#(itrans) bp_port2;...function void build_phase(uvm_phase phase);bp_port1 = new("bp_port1",this);//例化端口bp_port2 = new("bp_port2",this);endfunctiontask run_phase(uvm_phase phase);itrans t1,t2;fork t1 = new("t1",this);t2 = new("t2",this);this.bp_port1.put(t1);//发送两个itransthis.bp_port2.put(t2);joinendtask
endclass
class comp2 extends uvm_component;uvm_blocking_put_imp_p1#(itrans,comp2) bt_imp_p1;//根据宏定义了两个imp端口uvm_blocking_put_imp_p2#(itrans,comp2) bt_imp_p2;itrans t_q[$];semaphore key;//注意共享资源要做互斥保护...function void build_phase(uvm_phase phase);bt_imp_p1 = new("bt_imp_p1",this);//例化端口bt_imp_p2 = new("bt_imp_p2",this);endfunctiontask put_p1(itrans t);//端口名增加了后缀，对应实现的put方法名也增加了后缀key.get();//注意如果是非阻塞的通信，这里就要用try_gett_q.push_back(t);key.put();//相应的这里做try_putendtasktask put_p2(itrans t);//实现两个不同名的put方法key.get();t_q.push_back(t);key.put();endtask
endclass
class env extends uvm_env;comp1 c1;comp2 c2;function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);c1 = comp1::type_id::create("c1",this);c2 = comp2::type_id::create("c2",this);endfunctionfunction void connect_phase(uvm_phase phase);super.connect_phase(phase);c1.bp_port1.connect(c2.bt_imp_p1);c1.bp_port2.connect(c2.bt_imp_p2);endfunction
endclass

注意：

initiator端只管发送，并不关心在target端实现对应方法会有方法名冲突的问题；
target端为了防止同名方法名冲突，先定义宏`uvm_blocking_put_imp_decl(SFX) ，这里SFX表示后缀名称，以此可以声明带后缀的端口和方法名，如上面代码中的uvm_blocking_put_imp_p1#(itrans,comp2) bt_imp_p1和 put_p1(itrans t)
通信管道
TLM通信的实现方式都是端到端的，同时在target一端需要实现传输方法,如put() 和get()等

5.通信管道

TLM通信的实现方式都是端到端的，同时在target一端需要实现传输方法,如put() 和get()等；
monitor、coverage collector等组件在传输数据时，会存在一端到多端的传输，如何解决?

1. TLM_FIFO

在一般TLM传输过程中，无论initiator给target发起一个transaction，还是initiator从target获取一个transaction，transaction最终都会流向consumer中。在consumer没有分析transaction之前，我们希望将transaction先存储到本地的FIFO中供稍后使用,这就可以使用uvm_tlm_fifo这个组件。

uvm_tlm_fifo类是一个新组件，继承与uvm_component类，而且已经预先内置了多个端口以及实现了多个对应方法供用户使用。
uvm_tlm_fifo是组件，例化时需要传入两个参数，一个记录在工厂的参数名，一个parent；
uvm_tlm_fifo的功能类似于mailbox，不同的地方在于uvm_tlm_fifo提供了各种端口供用户使用。推荐initiator端例化put_port或者get_peek_port，来匹配uvm_tlm_fifo的端口类型。

2. Analysis Port

可以实现一端对多端的需求，即数据是从同一个源的TLM端口发出到达不同的组件。
如果数据源端发生变化需要通知跟它关联的多个组件时，可以利用软件设计模式之一观察者模式（广播模式，observer pattern）来实现。

observer pattern的核心在于：

第一，这是从一个initiator端到多个target端的方式
第二，analysis port采用的是”push"模式，即从initiator端调用多个target端的write（）函数实现数据传输。

连接方式：

agent一侧例化了uvm_analysis_imp后还需要实现write（）函数；
在顶层连接。顶层将initiator端的 uvm_analysis_port 与多个target端的 uvm_analysis_imp 进行连接；
当initiator端调用write（）函数时，实际上是采用轮询的方式将所有连接的target端内置的write（）函数进行了调用。
由于函数立即返回的特点，无论连接多少个target端，initiator端调用write()函数总是立即返回的，不同之前的单端口函数调用的是，即便没有target与之相连，调用write()函数也不会发生错误

3. Analysis TLM FIFO

uvm_tlm_analysis_fifo为用户提供了可以搭配uvm_analysis_port端口、uvm_analysis_imp端口和write（）函数；
uvm_tlm_analysis_fifo类继承于uvm_tlm_fifo，这表明它本身具有面向单一TLM端口的数据缓存特性，而同时该类又有一个uvm_analysis_imp端口;