本节将介绍lab5的第一部分，主要总结一般设计学习与思考的方式与需要着重学习的点，同时以lab5作为参考，分析数据流流向，验证组件的通信与抽象化，实现的整体思路。

sv_labs学习笔记——sv_lab5_上(System Verilog）

lab5 Braod Spectrum Verfication（上）
- 实验目标
- 思路梳理
- sim.do文件
- 代码分析
- - router_test_top.sv
  - router_test.h
  - router_io.sv
  - test.sv
  - Generator.sv
  - - %m
    - new 操作符复制
  - DriverBase.sv
  - Driver .sv

lab5 Braod Spectrum Verfication（上）

实验目标

首先明确实验目标。我们在lab4中根据实验指导，已经实现了指定端口的数据发送与检测。在该节lab中，我们将实现16路通道同时发送数据，同时实现对16组输出chanel的监测。将验证组件以class的形式进行进一步的封装。进一步完善我们的验证结构。

思路梳理

我们明确了设计的目标，可以明显感觉lab5相比较于前面的更为抽象。我们根据最基本的验证组件框架，结合rest.sv代码，来梳理数据流向，程序运行大致的顺序。更细节的部分会放在设计的模块分析中进行解释梳理。
需要理解基本的两个概念，mailbox、semaphore。简单来说，mailbox用于线程间的数据交互。semaphore实现同一个资源的访问控制。详细参考笔者的System Verilog 线程间的通信
首先是数据的产生，由Generator产生数据，数据产生的形式是Package的形式，放入out_box送入Driver，Driver将根据sa，由对应的drvr发送数据，同时打包数据送到scoreboard的driver_mbox，将由scoreboard进行数据比对，然后rcvr接收送到scoreboard的receiver_mbox，进行数据的比对。具体比对的方式将在后续代码中进行说明。
这里需要注意思考的点有

gen数据产生的形式以及数据格式是什么样的。
怎么解决多个sd发送到一个da的情况
Driver怎么使用gen产生的数据完成数据发送的
scoreboard是怎么进行数据比较的
测试环境是怎么停止仿真的

该博文将分析数据的产生，发送，以及整体的验证结构。下一篇分析数据的监测，数据的比对。

sim.do文件

set rtl ../../rtl/router.v
set svtb {./router_test_top.sv ./router_io.sv ./test.sv}
vlib work
vmap work work
vlog $rtl
vlog -sv ./router_test_top.sv ./router_io.sv ./test.sv
vsim -t ns -novopt +notimingchecks -l router_test_top.log work.router_test_top
run -all

代码分析

首先看测试顶层，顶层将接口，测试程序进行实例化。这些都是与前面一样的，这里不进行解释。这里重要的是对测试程序进行分析。分析会为了确保代码的完整度，将代码全部展示。

router_test_top.sv

`timescale 1ns/100ps
module router_test_top;parameter simulation_cycle = 100;bit SystemClock;//bit 是二值逻辑。只有0、1，初始值默认是0router_io top_io(SystemClock);test t(top_io);router dut(.reset_n   (top_io.reset_n),.clock     (top_io.clock),.din     (top_io.din),.frame_n   (top_io.frame_n),.valid_n   (top_io.valid_n),.dout      (top_io.dout),.valido_n (top_io.valido_n),.busy_n       (top_io.busy_n),.frameo_n   (top_io.frameo_n));initial begin$timeformat(-9, 1, "ns", 10);SystemClock = 0;forever begin#(simulation_cycle/2)SystemClock = ~SystemClock;endendendmodule

router_test.h

mailbox是一种通信机制，它使得数据可以在进程间传递和通信，数据被一个进程发送到另一个mailbox中，而另外一个进程可以从中可以获得。
mailbox #(type = dynamic_type)
其中dynamic_type代表一个特殊的类型，它能够执行运行时的类型检查（缺省情况）。详细参考笔者的System Verilog 线程间的通信

typedef class Packet;
typedef mailbox #(Packet) pkt_mbox;

router_io.sv

`timescale 1ns/100ps
interface router_io(input bit clock);logic      reset_n;logic [15:0]    din;logic [15:0]    frame_n;logic [15:0]    valid_n;logic [15:0]    dout;logic [15:0]   valido_n;logic [15:0]   busy_n;logic [15:0] frameo_n;clocking cb @(posedge clock);//default input #1 output #1;output reset_n;output din;output frame_n;output valid_n;input dout;input valido_n;input busy_n;input frameo_n;endclockingmodport TB(clocking cb, output reset_n);
endinterface

test.sv

测试程序semaphore，Driver，Receiver实例化16份，将Generator，Scoreboard实例化一份
。这里是将gen生成的所有对应的数据(out_box)送到每一个实例化的drvr[]中mailbox中，每一个drvr[]复制一份后放到drvr自身的mailbox中。drvr完成发送，将发送的数据放入driver_mbox，就完成了发送

`timescale 1ns/100ps
program automatic test(router_io.TB rtr_io);`include "Packet.sv"int run_for_n_packets;      // number of packets to testint TRACE_ON = 1;`include "router_test.h"`include "Driver.sv"`include "Receiver.sv"`include "Generator.sv"`include "Scoreboard.sv"semaphore sem[];                    //声明动态数组Driver drvr[];                         // driverReceiver rcvr[];                     // receiverGenerator gen;                        // generatorScoreboard sb;                         // scoreboardinitial begin  run_for_n_packets = 200;sem = new[16];                  //分配16个元素（16个句柄）drvr = new[16];rcvr = new[16];gen = new("gen");sb = new("sb");foreach (sem[i])sem[i] = new(1);//为每一个semaphore分配一个钥匙foreach (drvr[i])drvr[i] = new($sformatf("drvr[%0d]",i), i, sem, gen.out_box[i], sb.driver_mbox, rtr_io);foreach (rcvr[i])rcvr[i] = new($sformatf("rcvr[%0d]",i), i, sb.receiver_mbox, rtr_io);
//以上过程均没有消耗时间，因此是在仿真0时刻就已经完成了。完成组件之间的通信与reset();gen.start();sb.start();foreach (drvr[i]) drvr[i].start();foreach (rcvr[i]) rcvr[i].start();//start函数都是不耗时间的，因此在执行上也是在复位结束后在同一个时刻执行的。可以自行查看打印信息wait(sb.DONE.triggered);//等待scoreboard结束事件被触发endtask reset();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t :%m", $realtime);rtr_io.reset_n = 1'b0;rtr_io.cb.frame_n <= '1;rtr_io.cb.valid_n <= '1;#2 rtr_io.cb.reset_n <= 1'b1;repeat(15) @(rtr_io.cb);endtask: resetendprogram: test

Generator.sv

out_box[]将传入对应drvr，由其进行发送，这也是数据产生的逻辑。一共有16组out_box。每一组分别送到对应的drvr发送出去。每一组sa相同的放入同一个out_box。

%m

%m 将打印目录结构

new 操作符复制

Packet pkt = new this.pkt2send;//将pkt2send复制一份到pkt 该句涉及到了通过new来实现浅拷贝。参看绿皮书第五章5.15
使用new操作符复制一个对象使用new复制一个对象简单而且可靠，它创建了一个新的对象，并且复制了现有对象的所有变量。这是一种简易复制（shallow copy），类似于原对象的一个影印本，原对象的值被盲目地抄写到目的对象中。如果类中包含一个指向另一个类的句柄，那么，只有最高一级的对象被new操作符复制，下层的对象都不会被复制。

`ifndef INC_GENERATOR_SV
`define INC_GENERATOR_SV
class Generator;string  name;       // unique identifierPacket  pkt2send;   // stimulus Packet objectpkt_mbox out_box[];    // mailbox to Driversextern function new(string name = "Generator");extern virtual task gen();extern virtual task start();
endclass: Generatorfunction Generator::new(string name);if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, name);this.name = name;this.pkt2send = new();this.out_box = new[16];//分配16个元素（16个句柄）foreach(this.out_box[i])this.out_box[i] = new();//将每一个mailbox new
endfunction: newtask Generator::gen();static int pkts_generated = 0;if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);this.pkt2send.name = $psprintf("Packet[%0d]", pkts_generated++);if (!this.pkt2send.randomize()) begin$display("\n%m\n[ERROR]%t Randomization Failed!\n", $realtime);$finish;end
endtask: gentask Generator::start();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);forkfor (int i=0; i<run_for_n_packets || run_for_n_packets <= 0; i++) beginthis.gen();beginPacket pkt = new this.pkt2send;//将pkt2send复制一份到pkt//this.out_box[pkt.sa].put(this.pkt2send);this.out_box[pkt.sa].put(pkt);//根据数据本身的sa送到对应的out_box中endendjoin_none//为了不在rest.sv中阻塞下面的进程，使用join_none。但是这里修改为join也是可以的，因为这里没有延时语句
endtask: start
`endif

DriverBase.sv

基本的基类，扩展类参考这里。
DriverBase的作用就是发送pkt2send中的数据到对应的da端口，同前面的实现是一样的。将数据送到接口。

`ifndef INC_DRIVERBASE_SV
`define INC_DRIVERBASE_SV
class DriverBase;virtual router_io.TB rtr_io;   // interface signalstring    name;      // unique identifierbit[3:0]  sa, da;       // source and destination addresseslogic[7:0]  payload[$];      // Packet payloadPacket    pkt2send;        // stimulus Packet objectextern function new(string name = "DriverBase", virtual router_io.TB rtr_io);extern virtual task send();extern virtual task send_addrs();extern virtual task send_pad();extern virtual task send_payload();
endclassfunction DriverBase::new(string name, virtual router_io.TB rtr_io);if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, name);this.name   = name;this.rtr_io = rtr_io;
endfunctiontask DriverBase::send();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);this.send_addrs();this.send_pad();this.send_payload();
endtasktask DriverBase::send_addrs();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);this.rtr_io.cb.frame_n[this.sa] <= 1'b0;for(int i=0; i<4; i++) beginthis.rtr_io.cb.din[this.sa] <= this.da[i];@(this.rtr_io.cb);end
endtasktask DriverBase::send_pad();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);this.rtr_io.cb.din[this.sa] <= 1'b1;this.rtr_io.cb.valid_n[this.sa] <= 1'b1;repeat(5) @(this.rtr_io.cb);
endtasktask DriverBase::send_payload();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);foreach(this.payload[index]) beginfor(int i=0; i<8; i++) beginthis.rtr_io.cb.din[this.sa] <= this.payload[index][i];this.rtr_io.cb.valid_n[this.sa] <= 1'b0;this.rtr_io.cb.frame_n[this.sa] <= ((index == (this.payload.size() - 1)) && (i == 7));@(this.rtr_io.cb);endendthis.rtr_io.cb.valid_n[this.sa] <= 1'b1;
endtask
`endif

Driver .sv

将顶层产生的数据复制到实例化每一个drvr内部。然后sem都传进来。每一个实例化的Driver都可以发送数据并且有一个自己的ID。假设ID为3，则只能发送sa=3的数据。
this.in_box.get(this.pkt2send);这里的将传入的诗句取出来一份放到pkt2send中。准备接下来判断sa发送口是不是当前的端口。
if (this.pkt2send.sa != this.sa) continue;
需要注意这里的continue。当比较数据的sa与当前端口不一致的时候，continue，就是退出当前循环，开始下一次循环。相当于这个数据

`ifndef INC_DRIVER_DV
`define INC_DRIVER_DV
`include "DriverBase.sv"
class Driver extends DriverBase;pkt_mbox in_box;    // Generator mailboxpkt_mbox out_box;   // Scoreboard mailboxsemaphore sem[];   // output port arbitrationextern function new(string name = "Driver", int port_id, semaphore sem[], pkt_mbox in_box, out_box, virtual router_io.TB rtr_io);extern virtual task start();
endclassfunction Driver::new(string name, int port_id, semaphore sem[], pkt_mbox in_box, out_box, virtual router_io.TB rtr_io);super.new(name, rtr_io);if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);this.sa = port_id;//一共有16个ID，这些个ID对应着16个SA，也就是说，一个SA，有一个发送激励。SA对应的DRIVER标号是相同的。sa是1，则使用对应的实例化的发送数据this.sem = sem;//将测试顶层的sem传入内部this.in_box = in_box;//将顶层产生的数据复制到实例化每一个drvr内部this.out_box = out_box;
endfunction: newtask Driver::start();if (TRACE_ON) $display("[TRACE]%t %s:%m", $realtime, this.name);forkforever beginthis.in_box.get(this.pkt2send);//从已经复制过的数据中获取packet内容if (this.pkt2send.sa != this.sa) continue;//从in_box中获取相关的发送信息。包括从哪里来，到那里去，包含多少个相关的该信息。要是Driver的ID与之不同，则放过去进行下一次判断，反之呢，就退出接收下一个信息。//其实这里也并不需要判断，因为放进来的信箱的里数据sa本身与当前发送的ID就是对应的。见Generatorthis.da = this.pkt2send.da;this.payload = this.pkt2send.payload;this.sem[this.da].get(1);//这里防止有多个SA发送同一个DA。进行保护。当多个sa向一个da发数据的时候会进行阻塞，就形成了保护。this.send();this.out_box.put(this.pkt2send);//将发送的数据放入out_box中this.sem[this.da].put(1);endjoin_none
endtask: start
`endif

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