UVM入门进阶8：Sequencer仲裁_Sequence层次化

参考文档链接：https://verificationacademy.com/verification-methodology-reference/uvm/docs_1.2/html/

本节内容为上一节《UVM入门进阶7：Item_Sequence_Sequencer_Driver》的后半部节选，因为UVM7内容过多因此创建本小节。本节主要学习Sequencer和Sequence的关系

4 Sequencer和Sequence：初步

4.1 概述

4.1.1 主要学习内容

主要讲几种常见的仲裁方式，一般可能用不太到

4.1.2 sequence宏概述：区分两种挂载seq到sqr方式

• start()
  • 在test对top_seq挂载（参考第三章），在top_sep对child_sep和item挂载，在child_sep对item挂载
• `uvm_do
  • 一种宏：参考第五章

4.2 sequence和item发送示例

bus_trans

child_seq

top_seq

包含child_seq与item

sqr

driver

driver里面get的全是最小颗粒度item，seq在sqr处被拆解

env

test与输出结果

4.3 示例总结：两种挂载方式

两种挂载方式，分别把seq和item挂载到sqr上

4.3.1 把seq挂载到sqr上：这种挂载发生在top_seq上

top_seq中的uvm_sequence::start()

• start内部参数解释
  • uvm_sequencer_base sequencer：
    • 挂载到的sqr实例句柄
  • uvm_sequence_base parent_sequence：
    • 上层对象句柄，示例中top_seq调用该方法时代入”this”代表child_seq的上层对象为自己
    • 这样做的好处是保持子对象优先级一致，进而对仲裁有帮助仲裁表现一致
  • int this_priority：
    • 优先级，默认值-1，此时实际优先级为100
  • call_pre_post：
    • 建议使用默认值
      • 补充：body的pre和post回调函数不建议实现

4.3.2 把item挂载到sqr上

第二个参数不需要特别关心，往往知道挂载哪个item就够了

4.3.3 item创建发送过程

pre_do()，mid_do()，post_do()：不建议实现，会变复杂

---

4.3.4 seq/item的start()挂载内部逻辑

sequence挂载到sequencer

为什么可以不关心：有时候call_pre_post=1时这些post和pre都不会执行

item挂载到sequencer

start_item立即返回，因为只有一个sqr进行仲裁可以立刻返回结果

5 Sequencer和Sequence：更简单的创建挂载传输方式：宏

图中宏省略了`

这些宏封装了好多方法函数，x表示包括，空表示不包括

Item：

• 宏解释：

  • `uvm_do：是一个完整的过程，但直接randomiztion
  • `uvm_do_with：做一个带constraints的randomiztion
  • `uvm_create：就是一个创建
  • `uvm_send()：就是发送

• 执行顺序解释：

  • body为空，因为item没有

Sequence：

• 宏解释：

  • `uvm_do：是一个完整的过程
    +
  • `uvm_do_with：做一个constraints的randomiztion
  • `uvm_create：就是一个创建
  • `uvm_send()：就是发送

• 执行顺序解释：

  • 没有做sync和post-sync
    • 因为sync和post-sync需要在body里面拿到优先级，`uvm_do本身不会拿到优先级，只有在seq_body里面，只有在发送item时候才会拿到（即每次发送一个item的时候都会申请一次优先级）

宏的调用位置

• 这些宏调用的都是 sequence方法，因此只有sequence才可以调用这些宏

宏带来的怠惰

5.2 其他的宏

• 将优先级作为参数传递的`uvm_do_pri/`uvm_do_on_prio等宏
  • 并行发送多个seq时，伴随优先级发送
  • 形参优先级，默认为100
  • `uvm_do_on：这个on是什么意思，表示把这个特定的seq挂载到某一个sqr上面
    • 对于item来说，使用`uvm_do则会被同样挂载到seq挂载到的sqr上
    • `uvm_do_on则可以进行指定
• 专门针对seq的`uvm_create_seq/`uvm_do_seq/`uvm_do_seq_with等宏

5.3 序列宏的示例

child_seq

怎样利用宏发送的：

• `uvm_create(req)：创建item
• `uvm_rand_send_with：添加constraint

上述宏可以合并为：

• `uvm_do_with

top_seq

• `uvm_do：这里发送了child_seq
• `uvm_do_with：这里发送了item

5.4 序列宏的建议

（1）不管seq在哪个层次，都应在test结束前执行完毕

（2）可以用fork_join完成seq发送。而不建议用fork_join_any和fork_join_none，可能会导致seq没结束就立即退出，使得后台仍然有一些seq像挂载到sqr上面；进一步如果你针对fork调用disable可能会所锁sqr，因为你来不及释放seq线程权限。

• 补充：你在代码中使用fork_join_any和fork_join_none一定要使用同步，如此处假如你使用了fork_join_any和fork_join_none你应该完成即便fork退出seq运行在后台时，仍然能与后台运行的seq进行同步，使得所有seq结束以后才进行后续的操作

（3）fork_join其中一个seq线程无法结束时，考虑在合适时间点使用disbale

5 Sequencer和Sequence：仲裁特性

5.1 Sequencer和Sequence的仲裁特性

5.1.1 仲裁特性介绍

仲裁场景结构图：

---

（1）sqr已经内建了仲裁机制，只需要在top_seq设置仲裁的模式就足够

（2）

如何设置：uvm_sequencer::set_arbitration(UVM_SEQ_ARB_TYPE val)

模式介绍：

• UVM_SEQ_ARB_FIFO：默认模式，竞争优先
• UVM_SEQ_ARB_WEIGHTED：优先级模式
• UVM_SEQ_ARB_RANDOM：随机模式
• UVM_SEQ_ARB_STRICT_FIFO：按照优先和抵达顺序授权
• UVM_SEQ_ARB_STRICT_RANDOM：最高优先级并随机授权
• UVM_SEQ_ARB_USER：自定义仲裁，很少用

---

5.1.2 Sequencer的仲裁示例

item和child_seq

top_seq和sqr

top_seq：

• body：
  • 设置优先级模式
  • fork_join进行调度：
    • 
    • 三个同一时间申请的，seq1和seq2优先级更高
    • base是constraint
    • 此时赋予了优先级之后child_seq中的`uvm_do_with就可以进行挂在了，因为它们等待的就是这个顶层的优先级，使用wait_for_guant等待授权

driver

没有太多新意

env

test和输出结果

test：

• 为什么test里面不用宏：因为用不了只能在seq里面用

为什么是seq1seq2seq1seq2seq3seq3，而且还是0时刻？：

• 发送item没有耗时

示例分析

5.2 Sequencer的锁定机制介绍

（1）锁定机制

什么是锁定机制：seq拿到权限后进行锁定，

什么是锁定：seq拿到一个item后锁定下来，后续item都可以拿到

（2）两种锁定方式：两个函数都可以

• lock()与unlock
  • 一定记得unlock
• grab()与ungrab()
  • 优先级比lock高，下一次授权周期可以无条件获取授权

5.2.2 Sequencer的锁定示例

item、child_seq、lock_seq

child_seq：内部重复发送两次，间隔10ns，参考之前一节的示例

lock_seq：

• 先等了10ns，试图达到等待授权把sqr锁住

• m_sequencer.lock(this);

  • 什么时候才能lock住：下一次等待授权的时候，即大家都在等待的时候
• 重复发送三次

grab_seq

grab_seq：

• 等了20ns

• m_sequencer.grab(this);

  • 什么时候才能锁住：只要重新做仲裁就能锁住
• 重复发送三次

top_seq

seq1,seq2,seq3

lock_seq：优先级为300

grab_seq：没有优先级

输出结果

---

注释版：

结果解释

10ns：

• seq1,seq2优先级500先发送sep3优先级300再发送（发送完等待10纳秒，重新排队伍）
• lock_seq开始要权限

10ns-20ns：

• seq发送

20ns：

• seq1,2,3,lock都开始等待（lock因为优先级低所以也要等待）

20ns-40ns：

• 被lock锁住

40ns：

• grabs拿到权限（实际上20nsgrab就开始试图拿权限，但被lock控制，只能等到重新仲裁，届时即可直接锁住无需）

40ns-70ns：

• 被grabs锁住

70ns：

• seq1,seq2优先级500先发送sep3优先级300再发送

结果补充

seq优先级如果使用默认，不给定，则默认100

即直接：

• `uvm_do_pri_with(seq)
• `uvm_do_pri_with(lock)
• `uvm_do_pri_with(grab)

5.2.3 结论

无论是lock或者grab都是在重新仲裁时才能锁住

6 Sequence的层次化

对于小白我们可能更关心如何让你的sequence层次化，如何理解别人写的层次化的sequence，以及把它们作为更顶层的sequence如何一层一层的调用

6.1 概述：水平复用和垂直复用

• hierarchical sequence：层次序列，seq都挂载在一个sqr上
• virtual sequence：seq可挂载在多个sqr上
• layering sequence

6.2 Hierarchical Sequence层次序列

6.2.1 Hierarchical Sequence介绍

6.2.2 Hierarchical Sequence代码示例

cmd 和 item

clk_rst_seq

reg_test_seq

top_seq

reg_master_sequencer

driver

agent

• 例化与连接

6.2.3 示例解析

6.2.4 总结

6.3 Virtual Sequence

6.3.1 Virtual Sequence介绍

---

把所有子系统的sqr都放在virtual_sequencer里面

• virtual_sequencer包含着很多实例句柄
• 它就像一个路由一样，找到他就能找到各个子系统的sqr
• 起到一个统筹的作用
• virtual sequencer往往与virtual sequence有联系的

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virtual sequencer就是个简单的路由器，包含句柄而已，没有任何item经过，也不需要与driver连接

6.3.2 Virtual Sequence示例

vritual sequencer结构图：

【重要】有关挂载

mcdf_normal_seq(virtual sequence)要挂载到virutal sequencer

其他的seq间接的通过virutal sequencer挂载到不同的sqr上面，挂载的目的地不一样所以用uvm_do_on

---

virtual sequence

定义了一个sequence：实际上就是我们的virtual sequence

包括了好多seq句柄

sqr与vsqr区别：

• 用了很多`uvmdoon
• 有别于Hierarchical Sequence使用的`uvm_do

子

p_sequencer和m_sequencer的区别：

• m_sequencer：是父类句柄，类型是uvm_sequencer
• p_sequencer：是子类句柄，类型是`uvm_declare_p_sequencer(mcdf_virtual_sequencer)
  • 自定义出来的，不是与定义好的，定义语句就来源于`uvm_declare_p_sequencer(mcdf_virtual_sequencer)
  • 定义语句完成了两个步骤：
    • mcdf_virtual_sequencer p_sequencer;
    • $cast(p_sequencer, m_sequencer);//把父类句柄转为子类句柄
  • 为什么一定要子类句柄：
    • 因为父类的访问不到这些子系统sqr句柄
    • 通过这个子类句柄p_sequencer我们可以访问到vsqr里面所有成员变量

子一级的sqr，agent，和virutal sequencer

virutal sequencer 包含各个句柄就完事了

mcdf_env

千万不要忘了再connect里进行句柄传递，避免悬空

test

6.3.3 示例解析

6.3.4 总结

中心化协调

6.3.5 Virutal Sequencer建议

• vseq与普通seq区分
• vsqr同底层负责传输对象的sqr区分
• vseq中使用`uvm_declare_p_sqr来创建p_sequencer变量方便之后索引
• 顶层环境中创建vsqr并完成内部各个sqr句柄与底层sqr实例连接

6.4 Layering Sequence：层次化

6.4.1 Layering Sequence介绍

• 普通协议，构建协议总线时通过：sequencer item包含与约束关系

• 复杂协议，网络传输协议，需要更深层次一层一层解析，通过：若干个抽象层次去做

由高抽象级到低抽象级（传输层>>链路层>>物理层）的构建，我们称为Layering Sequence

接下来学习，一定考虑三个层次：高抽象级的item，低抽象级的item，中间做转化的sequence

Layering Sequence层次结构图：

---

寄存器模型下的item传递结构图与layering sequence具体作用内容：

• 对寄存器的reg.write()和reg.read()指令，通过寄存器模型的Adaption Layer转化层次，进而转化为总线的一个item。即把reg_item转为bug_item
• 得出layering sequence包括三者：高抽象级的item，低抽象级的item，中间做转化的sequence
• 高抽象级的item与低抽象级的item没有直接的继承关系所以需要做一个映射
• 高抽象级不包括具体的数据，只有类似命令、长度、idle等信息

6.4.2 Layering Sequence代码示例

---

cmd和bus_trans(item)

比较底层

packet_seq

layer_trans(item)

比较抽象：

• 没有任何与数据有关的传输内用，只有cmd，len，idle
• 与底层的bus_trans没有任何继承关系所以要做一个映射

adapter_seq：转化层

• p_sequencer通过`ucm_declare获得，通过p_sqr拿到up_sqr更上层的layersqr句柄

• 拿到子类句柄void($cast(trans,req))

• 转化为一个底层个seq，把高抽象级的长度转化为低抽象级的pkt_seq，`uvm_do挂载到了phy_driver上

• 做一个握手，告诉高层，我已经把高抽象层的trans消化掉了

top_seq , layering_sqr , phy_sqr

layering_sqr , phy_sqr定义不讲了

phy_sqr里面有个句柄up_sqr，需要顶层把相关实例传递进来

top_seq：连续发送了两个layer_trans

phy_driver

phy_agent

包含phy_drv和phy_sqr的例化与连接

test，重点在这里，查看连接关系

• 例化了layer_sqr与phy_agt
  • 
• sqr句柄的传递，layer_seq/top_seq，adapter_seq，phy_seq的挂载
  • up_sqr句柄的传递
    • 
  • adapter_seq的挂载
    • 
  • top_seq的挂载
    • 
  • phy_seq的挂载实际上不是个挂载而是产生的过程，在adapter_seq用uvm_do出来好多pkg_seq，这些pkg_seq时加上就属于phy到drv的seq
• 为什么用fork_join_none
  • 用fork_join_none直接挂载上去就可以了
  • 用fork_join不行，这个start会自动帮我们执行body()，adapter.body()是个forever会卡在这里

6.4.3 如何实现sequencer layer协议转换的方法：

（1）layer_trans,bus_trans完全两个不同的抽象级

（2）需要adapter_seq完成从获取layer_trans再去生成phy_trans和seq，再从physqr发送出去

（2）fork_join_none

（4）至于多少个层次取决于

6.4.4 总结

（2）只有高抽象级到低抽象级，低到高需要有回路，通过response_item实现，两者的思想实际上一样

（3）也可以不通过高到低的回路，而是外部通过monitor采集response trans最终实现返回，避开adapter