UVM技能點（一）——sequence介紹

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sequence介紹

 熟悉UVM的朋友應(yīng)該都知道，sequence的作用是將測試數(shù)據(jù)的產(chǎn)生從driver中分離出來，使得driver能專注于驅(qū)動測試數(shù)據(jù)的功能。在不同的測試用例中，將不同的sequence設(shè)置成sequencer的main_phase的default_sequence，當sequencer執(zhí)行到main_phase時，發(fā)現(xiàn)有default_sequence，那么它就會啟動這個sequence。之后sequencer將啟動的sequence產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)交給driver，再由driver驅(qū)動進入DUT完成仿真。

當完成一個sequence的定義后，就可以使用start任務(wù)將其啟動，即在my_case的main_phase中創(chuàng)建自定義的sequence對應(yīng)的實例，然后調(diào)用sequence.start(sequencer)來啟動。除了直接啟動之外，還可以使用default_sequence啟動。一種是通過在my_case的build_phase使用uvm_config_db設(shè)置default_sequence給sequencer，另一種方式是先實例化要啟動的sequence，之后再通過default_sequence啟動。兩者的區(qū)別就在于config_db::set的第四個參數(shù)，即要設(shè)置的值的獲取方式不同，前者通過type_id::get獲取，后者則直接用實例化后的變量即可。當一個sequence啟動后會自動執(zhí)行sequence的body任務(wù)。除body外，它還會調(diào)用sequence的pre_body和post_body任務(wù)。

sequence中的仲裁任務(wù)

UVM支持同一時刻在一個sequencer上啟動多個sequence，則此時sequencer起到仲裁的作用，即決定使用哪個sequence產(chǎn)生的測試用例。sequencer是根據(jù)transaction的優(yōu)先級來進行仲裁的，通常來說，優(yōu)先級越高越容易被選中。使用uvm_do和uvm_do_with宏時產(chǎn)生的transaction為默認優(yōu)先級，即-1，可以通過uvm_do_pri及uvm_do_pri_with來改變其優(yōu)先級。uvm_do_pri(uvm_do_pri_with同理)第二個參數(shù)為優(yōu)先級，用戶可以自由指定任意大于-1的整數(shù)，數(shù)字越大，優(yōu)先級越高。sequencer的仲裁算法有很多種：

SEQ_ARB_FIFO,SEQ_ARB_WEIGHTED,SEQ_ARB_RANDOM,SEQ_ARB_STRICT_FIFO,SEQ_ARB_STRICT_RANDOM,SEQ_ARB_USER

若想使得優(yōu)先級設(shè)置起作用，應(yīng)該設(shè)置仲裁算法為SEQ_ARB_STRICT_FIFO或SEQ_ARB_STRICT_RANDOM。具體可在測試用例的main_phase中對sequencer進行設(shè)置。

此外，除transaction有優(yōu)先級外，sequence本身也有優(yōu)先級概念，不過其本質(zhì)還是設(shè)置該sequence產(chǎn)生的transaction的優(yōu)先級。sequence的優(yōu)先級可在啟動sequence時指定，其中第三個參數(shù)即為優(yōu)先級，如

seq0.start(env.i_agt.sqr,null,100);

除了設(shè)置優(yōu)先級外，sequencer還可以通過sequence的lock操作來改變其行為。所謂lock可以理解為一個發(fā)送transaction的請求，當該請求前面的發(fā)送請求都被仲裁執(zhí)行完畢，sequencer就開始響應(yīng)lock請求，之后會連續(xù)發(fā)送發(fā)出該請求的sequence的transaction，直到unlock操作被調(diào)用。lock操作在sequence的body中被調(diào)用，當兩個sequence都試圖調(diào)用lock時，先獲得所有權(quán)的sequence在執(zhí)行完畢后才會將所有權(quán)交給另一個sequence。

在lock之上，還有優(yōu)先級更高的grab操作，不同于lock操作在被調(diào)用后要等待仲裁隊列里的請求執(zhí)行完畢才會被執(zhí)行，grab操作只要一發(fā)出立馬就會被響應(yīng)，即“插隊”到仲裁隊列最前面——特殊情況是當其他sequence的lock操作正在執(zhí)行中時，grab會等該lock操作執(zhí)行完畢再執(zhí)行。grab操作同樣要ungrab來釋放所有權(quán)。當兩個sequence都試圖使用grab操作時，與同時調(diào)用lock操作的判斷規(guī)則一致。

最后，UVM還可以設(shè)置sequence，使其在一段時間內(nèi)失效不參與仲裁，這個功能可以通過重載sequence的is_relevant函數(shù)實現(xiàn)。當此函數(shù)返回1說明sequence有效，否則無效。sequence還有個函數(shù)wait_for_relevant也與有效性有關(guān)。wait_for_relevant在sequencer發(fā)現(xiàn)其啟動的所有sequence都無效時被調(diào)用，此時sequencer會等待sequence變有效，換言之，可以通過wait_for_relevant來實現(xiàn)該sequence的無效變有效受其他sequence的狀態(tài)影響。

在wait_for_relevant中，必須將使sequence無效的條件清除，否則會陷入死循環(huán)，即一直沒有有效的sequence可以執(zhí)行。因此，is_relevant與wait_for_relevant一般應(yīng)成對重載。

與sequence相關(guān)的宏

最基礎(chǔ)的sequence宏是uvm_do及其衍生，uvm_do系列宏主要包含以下八個：

uvm_douvm_do_priuvm_do_withuvm_do_pri_withuvm_do_onuvm_do_on_priuvm_do_on_withuvm_do_on_pri_with

從其組織形式可以看出，是uvm_do及pri，with，on等關(guān)鍵詞的排列組合，這樣有助于我們?nèi)ビ洃洝；仡櫼幌聈vm_do宏的功能，它是UVM中最常用的宏之一，它用于創(chuàng)建一個transaction的實例，將該實例隨機化，

最終將其送個sequencer with關(guān)鍵詞給uvm_do宏增加了隨機化的約束條件，pri關(guān)鍵詞則設(shè)置了發(fā)送的transaction的優(yōu)先級（在上一節(jié)有提到）。uvm_do_on宏用于顯式地指定使用哪個sequencer發(fā)送此transaction，其參數(shù)形式為`uvm_do_on(SEQ_OR_ITEM,SEQR)，第一個參數(shù)是transaction的指針，第二個是sequencer的指針。當使用uvm_do時，它實際等價于將uvm_do_on的第二個參數(shù)設(shè)置為了默認的sequencer，即此sequence啟動時為其指定的sequencer。uvm_do_on_pri等在此基礎(chǔ)上加上各關(guān)鍵詞的功能，與uvm_do_pri與uvm_do之間的關(guān)系類似，因此uvm_do系列的宏本質(zhì)上都是uvm_do_on_pri_with的特殊形式。

除了使用uvm_do宏自動產(chǎn)生，隨機化并發(fā)送transaction之外，還可以通過uvm_create宏與uvm_send宏來實現(xiàn)這個過程。uvm_create宏的作用是實例化transaction，當一個transaction被實例化后，可以對其做更多的處理（如隨機化），處理完畢后使用uvm_send宏發(fā)送出去。當然，也可以不用uvm_create而直接使用new函數(shù)來進行實例化。uvm_send也可以增加pri關(guān)鍵詞以設(shè)置其優(yōu)先級。

此外，還可以將隨機化處理與發(fā)送合并為uvm_rand_send系列宏來實現(xiàn)。這個宏的使用前提是transaction已經(jīng)被分配了空間，即已經(jīng)實例化了。uvm_rand_send宏可增加pri，with關(guān)鍵字。設(shè)計uvm_rand_send系列宏的意義在于，如果一個transaction占用的內(nèi)存很大，那么很可能希望前后兩次發(fā)送的transaction都使用同一塊內(nèi)存，只是內(nèi)容不同，這樣子比較節(jié)約內(nèi)存空間。

以上都是使用宏來完成transaction發(fā)送相關(guān)的工作，但這樣子隱藏了具體的實現(xiàn)細節(jié)。不使用宏產(chǎn)生transaction的方式主要依賴于兩個任務(wù)，start_item與finish_item。在使用這兩個任務(wù)之前，必須要先實例化transaction后才可以調(diào)用。完整使用如上兩個任務(wù)構(gòu)建一個sequence的代碼如下：

virtual task body(); repeat(10) begin tr = new("tr"); start_item(tr); finish_item(tr); endendtask

對transaction進行隨機化的操作可放在實例化之后，finish_item之前的任意位置。start_item和finish_item都可以在調(diào)用時指定優(yōu)先級。

了解了uvm_do宏實現(xiàn)的細節(jié)之后，為了增加uvm_do系列宏的靈活度，UVM提供了三個接口：pre_do，mid_do與post_do。

pre_do是一個任務(wù)，在start_item中被調(diào)用，是start_item返回前執(zhí)行的最后一行代碼，在它執(zhí)行完成后才開始對transaction進行隨機化。pre_do有一個1bit參數(shù)，用于表明uvm_do是對一個transaction還是一個sequence進行操作（詳見下一節(jié)sequence的嵌套）。

mid_do是一個函數(shù)，在finish_item最開始被調(diào)用，在執(zhí)行完此函數(shù)后才會進行finish_item中的其他操作。mid_do有一個參數(shù)，表示正在操作的sequence或transaction的指針，但其類型是uvm_sequence_item，需要通過cast轉(zhuǎn)換成目標類型。

post_do也是一個函數(shù)，在finish_item中最后一行代碼被調(diào)用。post_do也有一個參數(shù)，與mid_do類似。

sequence進階應(yīng)用

在一個sequence的body中，除了可以使用uvm_do產(chǎn)生transaction外，還可以啟動其他的sequence，這就是sequence的嵌套。嵌套的方式也非常簡單，直接在新的sequence的body任務(wù)中調(diào)用定義好的sequence即可，如下所示：

virtual task body();    SEQ0 seq0;\定義化seq0    SEQ1 seq1;\定義化seq1
    repeat(10) begin        `uvm_do(seq0);        `uvm_do(seq1);    endendtask

在上述代碼中，使用了uvm_do宏。uvm_do宏的第一個參數(shù)可以是transaction的指針，此時其調(diào)用start_item和finish_item；該參數(shù)也可以是sequence的指針，此時其調(diào)用該sequence的start任務(wù)。除了uvm_do外，前述介紹的uvm_send，uvm_rand_send，uvm_create宏等，其第一個參數(shù)均可以是sequence的指針。

與transaction類似，sequence中也可以加入rand修飾的變量，用以進行對其產(chǎn)生的transaction進行約束。加入了rand變量的sequence可以通過uvm_do_with等宏添加約束條件。不過有一個需要注意的地方，在sequence中定義rand類型變量以向產(chǎn)生的transaction傳遞約束時，變量的名字一定要與transaction中相應(yīng)字段的名字不同。這是因為如果名字一樣，編譯器就無法正確識別該變量究竟在sequence中還是在transaction中，會產(chǎn)生bug。

一般來說，嵌套sequence能正確的啟動的條件之一是嵌套的所有sequence產(chǎn)生的所有transaction類型需與sequencer能發(fā)送的transaction類型一致。不過有一種方法將兩個不同的transaction交給同一個sequencer處理，那就是將sequencer和driver能夠接受的數(shù)據(jù)類型設(shè)置為uvm_sequence_item。

class my_sequencer extends uvm_sequencer #(uvm_sequence_item);class my_driver extends uvm_driver #(uvm_sequence_item);

這樣子，在driver接收數(shù)據(jù)時，通過cast將其轉(zhuǎn)換為不同的transaction類型，即可實現(xiàn)一個sequencer/driver發(fā)送多種類型transaction的功能了。

考慮一種特殊情況，即sequence中產(chǎn)生的transaction受對應(yīng)的sequencer中變量的約束，此時該如何在sequence中獲取該變量值呢？UVM內(nèi)建了一個宏uvm_declare_p_sequencer(SEQUENCER)，這個宏聲明了一個SEQUENCER類型的成員變量，在定義sequence時，使用這個宏聲明對應(yīng)sequencer的類型如下

class case0_sequence extends uvm_sequence #(my_transaction); my_transaction my_trans; `uvm_object_utils(case0_sequence) `uvm_declare_p_sequencer(my_sequencer)endclass

這樣UVM就會自動把m_sequencer（sequence默認sequencer變量，為uvm_sequencer_base類型）轉(zhuǎn)換為my_sequencer類型，這個過程在pre_body()之前就完成了。這樣在sequence中可以直接使用成員變量p_sequencer，從而獲取my_sequencer中設(shè)置的變量值。這個概念比較難理解，讀者可以參考《UVM實戰(zhàn)》6.4.4節(jié)，結(jié)合具體代碼理解。

由于在同一個項目中各sequence通常都是類似的，因此可以將很多公用的函數(shù)或者任務(wù)寫在base_sequence中，其他sequence都從此類派生。sequence是支持派生與繼承的。同時對于使用了uvm_declare_p_sequencer的base_sequence，在派生的sequence中不需要再次聲明，p_sequencer直接成為新的sequence的成員變量。

參考文獻：https://zhuanlan.zhihu.com/p/349791759