UVM-TLM通信机制

一、两对象与三端口
- 1.1.两个通信对象：initiator、target
- 1.2.三个通信端口：port、export、imp
二、一对一传输
- 2.1.单向传输——put( )和get( )操作传输
- 2.2.transport( )操作传输
- 2.3.跨层次传输——uvm_analysis_port
三、一对多传输
- 3.1.fifo模式
- 3.2.分析端口——Analysis port(一对多传输、最常用)

TLM（transaction level modeling）是一个基于事务（transaction）的通信方式，通常在高抽象级的语言中被引用作为模块之间的通讯方式，例如SystemC或者UVM。TLM通信需要两个通信的对象，这两个对象分别称之为initiator和target。

一、两对象与三端口

1.1.两个通信对象：initiator、target

initiator：通信请求的发起方，属于initiator；
target ：通信请求的响应方，谁就属于target；

注意：通信发起方并不代表了transaction的流向起点，即不一定数据是从initiator流向target，也可能是从target流向了initiator。因此，按照transaction的流向，我们又可以将两个对象分为producer和consumer。区分它们的方法：

producer：生产数据方，即为producer；
consumer：接收数据方，即为consumer；

1.2.三个通信端口：port、export、imp

通信端口按照类型可以划分为三种：

port：通信请求方initiator的发起端，initiator凭借port端口才可以访问target。
export：作为initiator和target中间层次的端口。
imp：只能作为target接收请求的响应端，它无法作为中间层次的端口，所以imp的连接无法再次延伸。

端口优先级：port > export > imp，使用connect()建立连接关系时，只有优先级高的才能调用connect()做连接，即port可以连接port、export或者imp；export可以连接export或者imp；imp只能作为数据传送的重点，无法扩展连接。三种端口非是uvm_component的子类，应该使用new()函数在build_phase中创建。(注意：不能用create创建，端口不属于UVM树的一部分)。

二、一对一传输

按通信传输的方向可以分为单向（unidirection）和双向（bidirection）。
需要说明的是，不论是单向传输还是双向传输都有阻塞和非阻塞之分。下面以阻塞传输为中心。

单向传输：由initiator发起request transaction，数据有生产方producer发送到数据接收方consumer。
双向传输：由initiator发起request transaction，传送至target；而target在消化了request transaction后，也会发起response transaction，继而返回给initiator。数据的流向是双向的。
所有常用的一对一Port类型的总结：

2.1.单向传输——put( )和get( )操作传输

2.1.1. Put( )型操作传输

单向通信中，port和export端口的参数只有一个；imp端口，参数有两个，第一个是传递的item类，第二个是实现该端口的component；
阻塞的传输方式通过blocking的前缀来作为函数名的一部分，而非阻塞的方式则名为nonblocking。
端口的实例化 使用new()函数在build_phase中创建
阻塞的方法类型为task，这保证了可以实现等待事件和延时；非阻塞的方法类型为function，这确保了方法调用可以立刻返回。
发起者的动作实现，最终会落到终点IMP所在的component中，因此必须 在imp所在的component中定义名字为put/get/transport的函数或任务，完成最终的数据传输操作。

class transaction extends uvm_transaction;      //传输数据包int id;int data;...
endclassclass producer extends uvm_component;            //数据生产方producer...uvm_blocking_put_port#(transaction)     put_port;     //定义端口function void build_phase(uvm_phase phase);put_port = new("put_port",this);               //创建实例化端口endfunctiontask run_phase(uvm_phase phase);        put_port.put(tr);        //通过数据接收方consumer提供的任务put()处理数据，然后通过TLM传输数据过去endtask
endclassclass consumer extends uvm_component;            //数据接收方consumer...uvm_blocking_put_imp#(transaction, consumer)     put_imp;     //定义端口function void build_phase(uvm_phase phase);put_imp = new("put_imp",this);               //创建实例化端口endfunctionvirtual task put(transaction tr);        //数据生产方producer会调用接收方consumer定义的put()任务process(tr);        //通过数据接收方consumer提供的任务put()处理数据endtask
endclassclass environment extends uvm_env;       //环境层...producer    p;    //数据生产方consumer    c;    //数据接收方...virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);p.put_port.connect(c.put_imp);       //建立连接endfunction
endclass

1)、上述代码分别在producer和consumer中声明并例化了两个端口实例：

uvm_blocking_put_port #(transaction) put_port;
uvm_blocking_put_imp #(transaction，consumer) put_imp;//第一个是传递的item类，第二个是实现该端口的component**；

2）、在environment环境对producer与consumer进行连接之前，需要在consumer中实现两个端口对应的方法
virtual task put( transaction tr ); //阻塞端口需要定义为任务task
3）、最后在environment中对两个组件之间的端口进行了连接，这使得producer的run phase中可以通过自身的两个端口间接调用consumer中的方法。需要注意的是，在调用方法之前的几个步骤是必不可少的：

– 定义端口
– 实现对应方法
– 在上层将端口进行连接

2.1.2.Get( )型操作传输

数据请求由consumer主动发起，通过调用producer中的get函数建立起连接。红色为port端口，绿色为imp端口。事务传输方向为箭头指向方向。

class transaction extends uvm_transaction;      //传输数据包int id;int data;...
endclassclass producer extends uvm_component;            //数据生产方producer...uvm_blocking_get_imp#(transaction,producer)     get_imp;     //定义端口function void build_phase(uvm_phase phase);get_imp = new("put_imp",this);               //创建实例化端口endfunctionvirtual task get(output transaction tr);        //在imp端口所在component中定义get()任务或者方法，output方向tr = transaction::type_id::create("tr",this);     endtask
endclassclass consumer extends uvm_component;            //数据接收方consumer...uvm_blocking_get_port#(transaction, consumer)     get_port;     //定义端口function void build_phase(uvm_phase phase);put_imp = new("put_imp",this);               //创建实例化端口endfunctiontask run_phase(uvm_phase phase);        get_port.get(tr);        //通过imp所在component定义的get()处理数据，然后通过TLM传输数据endtask
endclassclass environment extends uvm_env;       //环境层...producer    p;    //数据生产方consumer    c;    //数据接收方...virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);c.get_port.connect(p.get_imp);       //建立连接endfunction
endclass

2.2.transport( )操作传输

双向传输通信通过transport()任务实现。相当于一次put传输加一次get传输，可以在同一任务调用过程中完成REQ和RSP的发出和返回；

在示意图上常常用方框表示Port，圆圈表示Export。

其他TLM操作还有peek，get_peek两种，但实际应用较少。

2.3.跨层次传输——uvm_analysis_port

在复杂的UVM TB中常用到port跨多级component连接的情形，在多层次连接中，connect要按控制流逐层进行连接。在一个path中，始终只会有一个imp作为连接的结尾。

class monitor extends uvm_monitor;...uvm_analysis_port#(transaction)    analysis_port;     //声明端口virtual function void build_phase(uvm_phase phase);this.analysis_port=new("analysis_port",this);    //端口实例化endfunction
endclassclass agent extends uvm_agent;...monitor   mon;uvm_analysis_port#(transaction)    analysis_port;    //声明端口virtual function void build_phase(uvm_phase phase);this.analysis_port=new("analysis_port",this);    //端口实例化endfunctionvirtual function void connect_phase(uvm_phase phase);mon.analysis_port.connect(this.analysis_port);     //相同端口的跨层次连接endfucntion
endclassclass environment extends uvm_env;...agent  agt;scoreboard  sb;...virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);agt.analysis_port.connect(sb.analysis_imp);     //不同端口类型连接endfucntion
endclass

三、一对多传输

前面通信有一个共同的地方即都是端对端的方式，同时在target一端需要实现传输方法，例如put()或者get()。这种方式在实际使用过程中也不免会给用户带来一些烦恼：

如何可以不自己实现这些传输方法，同时可以享受到TLM的好处
对于monitor、coverage collector等组件在传输数据时，会存在一端到多端的传输，如何解决这一问题。

3.1.fifo模式

uvm_tlm_fifo类是一个新的组件，它继承于uvm_component，且预先内置了多个端口、实现了多个对应方法供用户使用；功能类似mailbox #(T)，该邮箱没有尺寸限制，用来存储数据类型T，而uvm_tlm_fifo的多个端口对应的方法都是利用该邮箱实现了数据读写。uvm_tlm_fifo所带的端口类型都是imp!!!

fifo之前采用put模式接口，后端采用get模式接口。

class my_env extends uvm_env;`uvm_component_utils (my_env)componentA compA;componentB compB;uvm_tlm_fifo #(transaction)    tlm_fifo;//定义TLM FIFO... virtual function void build_phase (uvm_phase phase);super.build_phase (phase);compA = componentA::type_id::create ("compA", this);compB = componentB::type_id::create ("compB", this);tlm_fifo = new ("tlm_fifo", this, 2);    //创建一个深度为2的FIFO，2省略，FIFO无限深endfunctionvirtual function void connect_phase (uvm_phase phase);compA.put_port.connect (tlm_fifo.put_export);compB.get_port.connect (tlm_fifo.get_export);endfunctionvirtual task run_phase (uvm_phase phase);forever begin#10 if (tlm_fifo.is_full ())//uvm_tlm_fifo常用的方法见UVM手册，FIFO为满时打印信息`uvm_info ("UVM_TLM_FIFO", "Fifo is now FULL !", UVM_MEDIUM)endendtask
endclass

monitor与modle之间的通信通过fifo模式，agent的端口为export为中间级。出現了跨层次传输，agent为中间层也需要设置端口。

3.2.分析端口——Analysis port(一对多传输、最常用)

UVM提供了一种分析端口（analysis port），它在组件中是以广播（broadcast）的形式向外发送数据的，而不管存在几个imp或者没有imp。分析端口的根据端口类型的不同分为：

uvm_analysis_port、 uvm_analysis_export、 uvm_analysis_imp；
只有一个操作：write()；

class componentB extends uvm_component;...uvm_analysis_port #(transaction) ap;        //1.定义分析port端口...virtual function void build_phase (uvm_phase phase);super.build_phase (phase);ap = new ("analysis_port", this);        //2.创建端口对象endfunctionvirtual task run_phase (uvm_phase phase);super.run_phase (phase); for (int i = 0; i < 5; i++) beginsimple_packet pkt = simple_packet::type_id::create ("pkt");pkt.randomize();ap.write (tr);                     //3.调用订阅端（subscriber）的write()方法，将数据发送出去endendtask
endclassclass subscriber extends uvm_component;... uvm_analysis_imp #(transaction, subscriber) analysis_export;//定义分析imp端口...virtual function void write (transaction  tr);     //4. 定义write()方法`uvm_info (get_full_name(), "Sub got transaction", UVM_MEDIUM)endfunction
endclass

class my_env extends uvm_env;`uvm_component_utils (my_env)componentA  compA;componentB  compB;sub         sub1; sub         sub2; sub         sub3; function new (string name = "my_env", uvm_component parent = null);super.new (name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase (uvm_phase phase);super.build_phase (phase);// Create an object of both componentscompA = componentA::type_id::create ("compA", this);compB = componentB::type_id::create ("compB", this);sub1 = sub::type_id::create ("sub1", this);sub2 = sub::type_id::create ("sub2", this);sub3 = sub::type_id::create ("sub3", this);endfunctionvirtual function void connect_phase (uvm_phase phase);compA.put_port.connect (compB.put_export);  compB.ap.connect (sub1.analysis_export);       //5.端口连接compB.ap.connect (sub2.analysis_export);compB.ap.connect (sub3.analysis_export);endfunction
endclass

在environment中通过分析端口将B与sub1、sub2、sub3连接：

1）. 首先在componentB中定义分析port端口，并在run_phase阶段调用write()函数：

uvm_analysis_port #(transaction) ap;
ap.write (tr);

2）、在分析端口的订阅端（subscriber） ，我们需要定义write()方法；

3）、在environment中通过分析端口将B与sub1、sub2、sub3连接，如下：

compB.ap.connect (sub1.analysis_export);
compB.ap.connect (sub2.analysis_export);
compB.ap.connect (sub3.analysis_export);

参考：

Mr.翟的博客

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