Sequence、Sequencer、Driver大局观

Sequence和item

item与sequence的关系

flat sequence

hierarchical sequence

sequence与driver的关系

事务传输实例

实例

flat_seq

事务传输过程分析

对于IC验证的新晋工程师进入到一个公司，大概率不会让你上来就写验证环境，以及验证环境的修改。但是会让你一上来就写一些sequence，以及一些test。因此，sequence这一部分是很重要的。

Sequence、Sequencer、Driver大局观

整个序列组件之间的数据传输可以如下描述：

① sequence 对象会产生目标数量的sequence item对象。借助于SV的随机化和sequence item对随机化的支持，使得产生的每个sequence item对象中的数据内容都不相同。产生的sequence item会经过sequencer再流向driver。

② driver陆续得到每一个sequence item，经过数据解析，将数据按照与DUT的物理接口协议写入到接口上，对DUT形成有效激励。

③ 如果需要，driver在解析完一个sequence item后，它可以将最后的状态信息歇写回sequence item对象再返回给sequencer，最终抵达sequence对象一侧。这样就可以让sequence知道driver和DUT互动的状态（如果有需要的话）。

sequence item是driver与DUT每一次互动的最小粒度内容。例如DUT如果是一个slave端，driver扮演一个master去访问DUT的寄存器，那么sequence item需要定义的数据信息至少包括访问地址、命令码、数据和状态值，这样的信息在driver取得后，会通过时序方式在interface一侧发起激励送至DUT。

用户除了可以在声明sequence item时添加必要的成员变量，也可以添加对这些成员变量进行操作的成员方法。这些添加了的成员变量，需要充分考虑在通过sequence传递到driver前是否需要随机化。

对于一个sequence而言，它会产生多个sequence item，也可以产生多个sequence。从产生层次上来看，sequence item是最小粒度，它可以由sequence生成，而相关sequence也可以进一步组织继而实现层次化，最终由更上层的sequence进行调度。

sequence与driver之间起到桥梁作用的是sequence。由于sequence和driver均是component组件，它们之间的通信也是通过TLM端口实现的。TLM端口是实现组件和组件之间的通信，driver和sequencer之间的TLM通信参数是sequence item类。由于这一限制，使得sequencer到driver的传输数据类型不能改变，同时与sequencer连接的sequence创建的sequence item类型也应该为指定类型。也就是说，sequencer从sequence拿到的item的类型，和sequencer发送给drver，以及driver接收到的数据类型，必须是严格一致的。

driver不应该轻易修改item中的值，它会把item中的数据按照与DUT的物理协议时序关系驱动到接口上面。

uvm_component_item和uvm_sequence都是基于uvm_object，它们不同于uvm_component只应当在build阶段作为UVM环境进行创建和配置，而是可以在任何阶段创建。

由于无法判定环境在run阶段什么时间点会创建sequence和将其产生的sequence item 挂载（attach）到sequencer上面，所以无法通过UVM环境结构或者phase机制来识别sequence的运行阶段。也正是因为uvm_object是独立于build阶段之外的，所以用户可以有选择地、动态地在合适时间点挂载所需要的sequence和item。

uvm_sequence和uvm_sequence_item不是组件，所以无法通过config_db按照层次关系对其进行配置。因此要用一个trick：sequence一旦活动起来，它必须挂载到一个sequencer上（发送item），也就是sequence能够获取sequencer的句柄，通过句柄来访问sequencer中的成员变量或等信息，那么这样sequence可以依赖于sequencer的结构关系，间接通过sequencer来获取顶层的配置和更多信息。

明确划分模块职责的话，sequence应该只负责生成item的内容，而不应该控制item的时序，而驱动激励时序的任务应当由driver完成。

sequencer之所以作为一个组件，设立在sequence和driver之间，主要有两个原因：

① sequencer作为一个组件，它可以通过TLM端口与driver传送driver对象。

② sequencer在面向多个并行sequence时，它有充分的仲裁机制来合理分配和传送item，继而实现并行item数据传送至driver的测试场景。

数据传送机制：（数据传输，get还是put）

数据传送采用的是get模式而不是put模式。如果是put模式，那么应该是sequence将数据put至driver，而如果是get模式，那么应该是driver从sequencer获取item。

选择get模式的原因：

① 如果是get模式，当item从sequence产生，穿过sequencer到达driver时，我们就可以结束该传输。如果是put模式，则必须是sequencer将item传送至driver，同时必须收到返回值才可以发起下一次传输，从效率上看，两者具有差别。

② 如果需要让sequencer具有仲裁特性，可以使得多个sequence同时挂载到sequencer上面，那么get模式更符合设计。这是因为driver作为initiator，一旦发出get请求，它会先通过sequencer，然后获得仲裁后的item。

Sequence和item

sequence指的是uvm_sequence类，而item指的是uvm_sequence_item类，简称为sequence和item。item是基于uvm_object类，这表明了它具备UVM核心基类所必要的数据操作方法，例如copy()、clone()、compare()、record()等。

item通常应该具备一下数据成员：

① 控制类：总线协议上的读写类型、数据长度、传送模式等。

② 负载类：一般指数据总线上的数据包。

③ 配置类：用来控制driver的驱动行为，例如命令driver的发送间隔或者有无错误插入。

④ 调试类：用来标记一些额外信息方便调试，例如对象的实例序号，创建时间等。

item使用注意事项：

※ 如果数据域属于需要用来做驱动，那么用户应考虑定义为rand类型，同时按照驱动协议给出合适的constraint。

※ 由于item本身的数据属性，为了充分利用UVM域声明的特性，建议将必要的数据成员都通过`uvm_field_automation机制来声明，以便后续uvm_object基本数据方法的自动实现。

※ UVM要求item的创建和随机化都应该发生在sequence的body()任务中，而不是在sequencer和driver中。

※ 按照item的周期来说，它应该始于sequence的body()方法，而后经过随机化，穿越sequencer到达driver，直到被driver吸收，到此就结束了。如果要对item进行修改数据，不应当直接进行修改，这会无形的增加item的寿命，正确做法是利用copy或者clone函数来复制一份再做处理。

item与sequence的关系

一个sequence可以包含一些有序组织起来的item实例，考虑到item在创建后需要被随机化，sequence在声明时也需要预留一些可供外部随机化的变量。

sequence可以被区分为常见的三类：

扁平类(flat sequence)：这一类往往只用来组织更小的粒度，即item实例构成的组织。

层次类(hierarchical sequence)：这一类往往是由更高层的sequence用来组织底层的sequence，进而让这些sequence或者按照顺序方式，或者按照并行方式，挂载到同一个sequencer上。

虚拟类(virtual sequence)：这个类是最重要的，它是最终控制整个测试场景的方式，由于整个环境中往往存在不用种类的sequencer和其对应的sequence，我们需要一个虚拟的sequence来协调顶层的测试场景。之所以称这个方式为virtual sequence，是因为该序列本身并不会固定挂载于某一种sequencer类型上，而是将其内部不同类型的sequence最终挂载到不同的目标sequencer上面。

flat sequence

一般对于flat sequence而言，它包含的信息有：

※ sequence item以及相关的constraint用来关联生成的item之间的关系，从而完善出一个flat sequence的时序形态。

※ 除了限制sequence item的内容，各个item之间的时序信息也需要由flat sequence给定，例如何时生成下一个item并且发送至driver。

※ 对于需要与driver握手的情况（读写操作），或者等待monitor事件从而做出反应。都需要相应具体事件，从而创建对应的item并且发送出去。

class flat_seq extends uvm_sequence;rand int length;  //随机变量rand int addr;rand int data[];rand bit write;rand int delay;  constraint cstr{  //随机变量constraintdata.size() == length;foreach(data[i]) soft data[i] == i;soft addr == 'h100;soft write == 1;delay inside {[1:5]};};`uvm_object_utils(flat_seq) //factory注册...                         //省略的new函数task body();bus_trans tmp;foreach(data[i]) begintmp = new();tmp.randomize() with {data == local::data[i];addr == local::addr + i<<2;write == local::write;delay == local::delay;};tmp.print();endendtask
endclassclass bus_trans extends uvm_sequence_item;rand bit write;rand int data;rand int addr;rand int delay;static int id_num;`uvm_object_utils_begin(bus_trans)`uvm_field_int...`uvm_object_utils_end...
endclass

在uvm_sequence中写的task body，当sequence挂载到sequencer之后，body任务会自动运行，就像组件里面的run一样。

上面的代码，是在flat_sequence中，不断去new一个bus_trans，然后给他赋值data、addr、write和delay，事实上这样做的话，flat_sequence不仅要考虑数据包的长度和地址，还要考虑数据包的内容，要做的事情太多了。

我们可以将一段完整发生在数据传输中的、更长的数据都“收编”在一个bus_trans类中(item 中)，提高这个item粒度的抽象层次，一旦有了更成熟的、更合适切割的item，上层的flat sequence在使用过程中也更加方便。

hierarchical sequence

Hierarchical sequence区别于flat sequence的地方在于，它可以使用其他sequence，还有item，这么做是为了创建更丰富的激励场景。

通过层次嵌套关系，可以让hierarchical sequence使用其他hierarchical sequence、flat sequence和sequence item，如果底层的sequence和item粒度合适，那么就可以充分复用他们，来实现更为丰富的激励场景。

class hier_seq extends uvm_sequence;`uvm_object_utils(hier_seq)function new(string name = "hier_seq");super.new(name);endfunctiontask body();bus_trans t1,t2;flat_seq s1,s2;`uvm_do_with(t1,{length == 2;})fork`uvm_do_with(s1, {length == 5;})`uvm_do_with(s2, {length == 8;})join`uvm_do_with(t2, {length == 3;})endtask
endclass

这里用了uvm_do_with宏，这个宏定义出来，主要做了三件事：① 创建sequence或者item；② 对里面的成员变量进行随机化； ③ 传送数据到sequencer上。

sequence与driver的关系

为了便于item传输，UVM专门定义了匹配的TLM端口供sequencer和driver使用：

※ uvm_seq_item_pull_port #(type REQ=int, type RSP = REQ)

※ uvm_seq_item_pull_export #(type REQ=int, type RSP = REQ)

※ uvm_seq_item_pull_imp #(type REQ=int, type RSP = REQ, type imp=int)

由于driver是请求发起端，所以在driver一侧例化了两种端口：

※ uvm_seq_item_pull_port #(REP, RSP ) seq_item_port

※ uvm_analysis_port #(RSP) rsp_port // 专门广播response的，一对多端口

而sequencer一侧则为请求的响应端，在sequencer一侧例化了对应的两种端口：

※ uvm_seq_item_pull_imp #(REQ, RSP, this_type) seq_item_export

※ uvm_analysis_export #(RSP) rsp_export

对于第三种sequence部分的端口需要详解一下，虽然sequence_item_export叫做export，但是它是被定义为imp，也就是TLM传输的终点。而sequence作为TLM通信数据传输的终点，为什么要给uvm_analysis端口定义为export呢？因为在我们的理解中，export是TLM通信数据传输的中间节点而不是终点。这是因为uvm_analysis端口内置了一个存储RSP的FIFO，而FIFO上是有imp端口的，因此uvm_analysis端口的export接到内置的FIFO的imp端口上就形成了终点。这也是为什么我们成sequencer就是TLM通信传输的终点的原因。

显然，从上面我们可以看到，sequence和driver的各自的两个端口其实是和对方的端口成对的。uvm_seq_item_pull_port #(REP, RSP ) seq_item_port 和 uvm_seq_item_pull_imp #(REQ, RSP, this_type) seq_item_export成对；uvm_analysis_port #(RSP) rsp_port 和 uvm_analysis_export #(RSP) rsp_export成对。因此需要在connect_phase中将端口进行连接。

通常情况下，只需要连接 driver::seq_item_port 和sequence::seq_item_export 就行了。即在connect_phase中通过：driver::seq_item_port.connect(sequencer::seq_item_export) 完成。这一对端口功能主要用来实现driver与sequence的request获取和response返回。

seq_item_port可以调用很多方法：

※ task get_next_item(output REQ req_arg): 采取blocking的方式等待从sequenne获取下一个item。

※ task try_next_item(output REQ reg_arg): 采取nonblocking的方式从sequence获取item，如果立即返回的结果req_arg为null，则表示sequence还没有准备好。

※ function void item_done(input RSP rsp_arg=null): 用来通知sequence当前的sequence item已经消化完毕，可以选择性的传递RSP参数，返回状态值。

※ task wait_for_sequence(): 等待当前的sequence直到产生下一个有效的item。此任务往往和try_next_item一起使用。

※ function bit has_do_available(): 如果当前的sequence准备好而且可以获取下一个有效的item，则返回1，否则返回0。

※ function void put_response(input RSP rsp_arg): 采取nonblocking方式发送response，如果成功则返回1，否则返回0。

平时用的比较多的任务和方法，就是上面加粗的任务和方法。

driver消化完当前的request后，可以通过item_done(input RSP rsp_arg=null)方法来告知sequence 此次传输已经结束，参数中的RSP可以选择填入，返回相应的状态值。

事务传输实例

实例


//bus transaction item definition
class bus_trans extends uvm_sequence_item;rand int data;`uvm_object_utils_begin(bus_trans)`uvm_field_int(data, UVM_ALL_ON)`uvm_object_utils_end...
endclassclass flat_seq extends uvm_sequence;`uvm_object_utils(flat_seq)...task body();//创建了一个sequence item tmpuvm_sequence_item tmp;bus_trans req,rsp;//调用函数 create_item, 接下来生成的item, 挂载到m_sequence上tmp = create_item(bus_trans::get_type(), m_sequencer,"req");//create_item返回的是一个父类的句柄，需要通过cast转换成子类void'($cast(req, tmp));//若在创建的时候没有上面声明item挂载的sequence，则在start_item阶段，默认挂载至sequence所在的sequencer下start_item(req);//倘若没有做子类父类的转化，那么不能访问子类对象且不说，在父类进行randomize的时候，由于randomize是虚方法，父类调用该方法同时也会对子类的成员变量进行随机化。req.randomize with {data == 10;};`uvm_info("SEQ", $sformat("sent a item \n %s", req.sprint()), UVM_LOW)finish_item(req);//ret_response方法原型中，get的变量是父类句柄，所以为了能访问子类方法sprint()，下面还需要做父类到子类的转换get_response(tmp); //driver消化完item，发送一个item_done的response，若item_done(rsp)有句柄送到sequence的fifo中就可以通过get_response来获取句柄，否则不能获取(会被get_response blocking住)。void'($cast(rsp, tmp));`uvm_info("SEQ", $sformat("got a item \n %s", rsp.sprint()), UVM_LOW)endtask
endclassclass sequencer extends uvm_sequence;`uvm_component_utils(sequencer)...
endclass
class driver extends uvm_driver;`uvm_component_utils(driver)...task run_phase(uvm_phase phase);REQ tmp;bus_trans req,rsp;seq_item_port.get_next_item(tmp);//拿到父类的句柄，需要转化成子类的对象void'($cast(req, tmp));`uvm_info("DRV", $sformatf("got a item \n %s", req.sprint()), UVM_LOW)void'(cast(rsp, req.clone()));//子类方法的clone，克隆完返回的还是父类的句柄，需要转化成子类rsp.set_sequence_id(req.get_sequence_id());rsp.data += 100;seq_item_port.item_done(rsp);`uvm_info("DRV", $sformatf("sent a item \n %s", rsp.sprint()), UVM_LOW)endtask
endclassclass env extends uvm_env;//在顶层声明sequencer sqr;driver drv;`uvm_component_utils(env)...function void build_phase(uvm_phase phase);//在build_phase创建sqr = sequencer::type_id::create("sqr", this);drv = driver::type_id::create("drv", this);endfunctionfunction void connect_phase(uvm_phase phase);//在connect_phase连接，连接第一对端口，第二对端口可以不连drv.seq_item_port.connect(sqr.seq_item_export);endfunction
endclassclass test1 extends uvm_test;env e;`uvm_component_utils(test1)...function void build_phase(uvm_phase phase);//例化enve = env::type_id::create("e", this); endfunction task run_phase(uvm_phase phase);flat_seq seq;phase.raise_objection(phase);seq = new();  //创建一个sequenceseq.start(e.sqr); //将sequence挂载到env中的sequencer上//sequence挂载到sequencer上之后，就会自动运行其中的body任务了phase.drop_objection(phase);endtask
endclass

在sequence发送item的时候，就会给item记录一个sequence_id，表示该item是由哪个sequence发送的，这样在一个sequencer同时收到两个不同的sequence发送的item，然后发送给driver，driver再返回这两个item的response给sequencer，让sequencer把对应的response送给对应的sequence，就需要利用这个sequence_id。rsp.set_sequence_id(req.get_sequence_id())这个就是通过获取request的id，给response，来保证发送对应request的sequence能得到对应自己的response。

sequence_id不做域的自动化的话，在使用clone函数的时候是不会进行clone的，默认为0。

注意一下，在声明drvier和sequence时，没有给他们下类型的定义，所以默认是sequence_item类型，属于父类的句柄，因此在get_next_item之后，需要将父类的句柄转换成子类的句柄，这步可以通过在声明class时，定义类型#（RSP）来改变。但是req.clone()获得的句柄默认是uvm_object类型，因此必须通过父类到子类的转换。

flat_seq

class flat_seq extends uvm_sequence;`uvm_object_utils(flat_seq)...task body();//创建了一个sequence item tmpuvm_sequence_item tmp;bus_trans req,rsp;//调用函数 create_item, 接下来生成的item, 挂载到m_sequence上tmp = create_item(bus_trans::get_type(), m_sequencer,"req");//create_item返回的是一个父类的句柄，需要通过cast转换成子类void'($cast(req, tmp));//若在创建的时候没有上面声明item挂载的sequence，则在start_item阶段，默认挂载至sequence所在的sequencer下start_item(req);//倘若没有做子类父类的转化，那么不能访问子类对象且不说，在父类进行randomize的时候，由于randomize是虚方法，父类调用该方法同时也会对子类的成员变量进行随机化。req.randomize with {data == 10;};`uvm_info("SEQ", $sformat("sent a item \n %s", req.sprint()), UVM_LOW)finish_item(req);//ret_response方法原型中，get的变量是父类句柄，所以为了能访问子类方法sprint()，下面还需要做父类到子类的转换get_response(tmp); //driver消化完item，发送一个item_done的response，若item_done(rsp)有句柄送到sequence的fifo中就可以通过get_response来获取句柄，否则不能获取(会被get_response blocking住)。void'($cast(rsp, tmp));`uvm_info("SEQ", $sformat("got a item \n %s", rsp.sprint()), UVM_LOW)endtask
endclass

flat_seq作为动态创建的数据生成载体，它的主任务flat_seq::body()做了如下的几件事情：

※ 通过方法create_item()创建了request item对象；

※ 调用start_item()准备发送item；

※ 在完成发送item之前对item进行随机处理；

※ 调用finish_item()完成item发送；

※ 有必要的情况下，可以从driver处获得response item。

事务传输过程分析

在定义driver时，它的主任务driver::run_phase()需要做如下处理：

① 通过seq_item_port.get_next_item(REQ)从sequencer获取有效的request item。

② 从request item中获取数据，进而产生数据激励。

③ 对request item进行克隆生成新的对象response item。

④ 修改response item中的数据成员，最终通过seq_item_port.item_done(RSP)将response item对象返回给sequence。

对于uvm_sequence::get_response(RSP)和uvm_driver::item_done(RSP)这种成对的操作，是可选的，可以选择获取或者不获取，但是要成对出现。

在高层环境中，应该在connect_phase中完成driver到sequencer的TLM端口连接，比如上面代码中env::connect_phase()中通过drv.seq_item_port.connect(sqr.seq_item_export)完成了driver与sequencer之间的连接。

在完成了flat_seq、sequencer、driver、env的定义之后，到了test1层，需要考虑挂起objection防止仿真在run_phase的时候提前退出。

使用uvm_sequence::start(SEQUENCER)来完成sequence到sequencer的挂载操作。当多个sequence试图挂载到同一个sequencer时，需要在sequencer上添加仲裁功能。

在sequence创建item之前，首先需要将sequence挂载到sequencer上，上面整个sequence从create_item到最后和driver握手成功的get_response的运作都在sequence的body()中。Driver的get_next_item到item_done都在driver的run_phase()中。

sequencer做仲裁，是在driver发起get_next_item()时，才开始仲裁选择哪个item。如果只有一个sequence挂载到sequencer上，那直接用就行了。在sequencer将通过的权限交给某一个底层的sequence之前，目标sequence中的item应该完成随机化，继而在获取sequencer的通过权限后，执行finish_item()。

finish_item()会等到driver发挥item_done()才会结束。

对每个item而言，它起始于create_item()，继而通过start_item()尝试从sequencer获取可以通过的权限。如果driver没有了item可用，将调用get_next_item()来尝试从sequencer一侧获取item。

为了统一起见，用户可以不在定义sequencer或者driver时指定sequence item类型，使用默认的REQ = uvm_sequence_item，但是用户需要注意在driver一侧的类型转换，例如对get_next_item(REQ)的返回值REQ句柄做出动态类型转换，等到正确类型之后再进行接下来的操作。

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