UVM 史上最全TLM单向/双向/多向通信介绍

一、TLM单向通信

1.概述

单向通信（unidirectional communiction）指的是从initiator到target之间的数据流向是单一方向的，或者说initiator和target只能扮演producer和consumer中的一个角色。在UVM中，单一数据流向的TLM端口有很多类型:

uvm_blocking_put_PORT
uvm_nonblocking_put_PORT
uvm_put_PORT
uvm_blocking_get_PORT
uvm_nonblocking_get_PORT
uvm_get_PORT
uvm_blocking_peek_PORT
uvm_nonblocking_peek_PORT
uvm_peek_PORT
uvm_blocking_get_peek_PORT
uvm_nonblocking_get_peek_PORT
uvm_get_peek_PORT

2.类型

这里的PORT代表了三种端口名:port、export和imp。按照UVM端口名的命名规则，指出了通信的两个要素：

1. 是不是阻塞的方式(即可以等待延时)
2. 何种通信方法
   

3.方法

• 阻塞传输方式将blocking前缀作为函数名的一部分，而非阻塞方式则名为nonblocking。阻塞端口的方法类型为task，这保证了可以实现事件等待和延时；非阻塞端口的方式类型为function，这确保了方法调用可以立即返回。
• 我们才方法名也可以发现，例如uvm_blocking_put_PORT提供的方法task put()会在数据传送完后返回，uvm_non_blocking_put_PORT对应的两个函数try_put()和can_put()是立刻返回的。
• uvm_put_PORT则分别提供了blocking和nonblocking的方法，这为通讯方式提供了更多选择。blocking阻塞传输的方法包含：
  1.put():initiator先生成数据Tt,同时将该数据传送至target。
  2.get():initiator从target获取数据Tt,而target中的该数据Tt则应消耗。
  3.peek():initiator从target获取数据Tt，而target中的数据Tt还应保留。
• 与上述三种任务对应的nonblocking非阻塞方法分别是:
  1.try_put()
  2.can_put()
  3.try_get()
  4.can_get()
  5.try_peek()
  6.can_peek()
• 这六个非阻塞函数与对应阻塞任务的区别在于，它们必须立即返回，如果try_xxx函数可以发送或者获取数据，那么函数应该返回1，如果执行失败则应该返回0。
• 可以通过can_xxx函数先试探target是否可以接收数据，如果可以，再通过try_xxx函数发送，提高数据发送的成功率。
  

4.单向通信例子

class itrans extends uvm_transaction; 
	int id;
	int data; 
	...
endclass 
class otrans extends uvm_transaction; 
	int id; 
	int data;
...
endclass 
class compl extends uvm_component;
	uvm_blocking_put_port #(itrans) bp_port;
	uvm_nonblocking_get_port #(otrans) nbg_port;
	`uvm_component_utils(comp1)
...
	task run_phase(uvm_phase phase);
		itrans itr;
		otrans otr;
		int trans_num=2;
		fork
			begin
			for(int i=0;i<trans_num;i++)begin
				itr=new("itr",this);
				itr.id=i;
				itr.data='h10+i;
				this.bp_port.put(itr);
				`uvm_info（"PUT",$sformatf("put itrans id：'h%0x, data：'h%0x",itr.id, itr.data), UVM_LOW)
			end
			end
			begin
			for(int j=0;j<trans_num;j++)begin
				forever begin
				if(this.nbg_port.try_get(otr)==1)break;
					else #1ns;
				end
				`uvm_info（"TRYGET", $sformatf("get otrans id：'h%0x,data:'h%0x",otr.id,otr.data),UVM_LOW)
			end
			end
		join

class comp2 extends uvm_component;
	uvm_blocking_put_imp #(itrans, comp2) bp_imp;
	uvm_nonblocking_get_imp #(otrans, comp2) nbg_imp;
	itrans itr_q[$];
	`uvm_component_utils(comp2)
	...
	task put(itrans t);
		itr_q.push_back(t)
	endtask
	function bit try_get(output otrans t);
		itrans i;
		if(itr_q.size()!=0)begin
			i= itr_q.pop_front();
			t=new("t",this);
			t.id=i.id;
			t.data=i.data<<8;
			return l;
		end
		else return 0;
	endfunction
	function bit can_get();
		if(itr_q.size()!=0)return 1;
		else return 0;
	endfunction
endclass
class envl extends uvm_env;
	compl cl;
	comp2 c2;
    `uvm_component_utils(envl)
    ...
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase);
		cl =comp1::type_id::create("cl",this);
		c2 =comp2::type_id::create("c2",this);
	endfunction:build_phase 
	function void connect_phase(uvm_phase phase);
		super.connect_phase(phase);
		cl.bp_port.connect(c2.bp_imp);
		cl.nbg_port.connect(c2.nbg_imp);
	endfunction:connect_phase 
endclass

代码解析
首先comp1例化了两个port端口:

• uvm_blocking_put_port#(itrans)bp_port;
• uvm_nonblocking_get_port#(otrans)nbg_port;

comp2作为target则相应例化了两个对应的imp端口:

• uvm_blocking_put_imp#(itrans,comp2)bp_port;
• uvm_nonblocking_get_imp#(otrans,comp2)nbg_imp;

env1环境将comp1与comp2连接之前，需要在comp2中实现两个端口对应的方法:

• task put(itrans t)
• function bit try_get(output otrans t)
• function bit can_get();

接下来env1对两个组件的端口进行了连接，这使得comp1在run phase可以通过自身端口间接调用comp2中定义的端口方法。

因此在调用端口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

二、TLM双向通信

1.概述

• 与单向通信相同的是，双向通信(bidirectional communication)的两端也分为initiator和target，但是数据流向在端对端之间是双向的。
• 双向通信中的两端同时扮演着producer和consumer的角色，而initiator作为request发起方，在发起request之后，还会等待response返回。
• UVM双向端口分为以下类型

uvm_blocking_transport_PORT
uvm_nonblocking_transport_PORT
uvm_transport_PORT
uvm_blocking_master_PORT
uvm_nonblocking_master_PORT
uvm_master_PORT
uvm_blocking_slave_PORT
uvm_nonblocking_slave_PORT
uvm_slave_PORT

2.分类

双向端口按照通信握手方式可以分为:

• transport双向通信方式
  transport端口通过transport()方法，可以在同一方法调用过程中完成REQ和RSP的发出和返回。
• master和slave双向通信方式
  master和slave的通信方式必须分别通过put、get和peek的调用，使用两个方法才可以完成一次握手通信。
  master端口和slave端口的区别在于，当initiator作为master时，它会发起REQ送至target端(put())，而后再从target端获取RSP(get())；当initiator使用slave端口时，它会先从target端获取REQ(get())，而后将RSP送至target端(put())。
  对于master端口或者slave端口的实现方式，类似于之前介绍的单向通信方式，只是imp端口所在的组件需要实现的方法更多了。

3.双向通信例子

class comp1 extends uvm_component;
	uvm_blocking_transport_port#(itrans,otrans)bt_port;
	`uvm_component_utils(comp1)
	...
	task run_phase(uvm_phase phase);
		itrans itr;
		otrans otr;
		int trans_num=2;
		for(int i=0;i<trans_num;i++)begin
			itr=new("itr",this);
			itr.id=i;
			itr.data='h10+i;
			this.bt_port_transport(itr,otr);
			`uvm_info（"TRSPT",$sformatf("put itrans id：'h%0x, data：'h%0x",,get otrans id: 'h%0x,data:'h%0x",itr.id, itr.data,otr.id,otr.data), UVM_LOW)
		end
	endtask
endclass
class comp2 extends uvm_component;
	uvm_blocking_transport_imp #(itrans, otrans,comp2) bt_imp;
	`uvm_component_utils(comp2)
	...
	task transport(itrans req,output otrans rsp);
		rsp=new("rsp",this);
		rsp.id=req.id;
		rsp.data=req.data<<8;
	endtask
endclass
class env1 extends uvm_env;

双向端口处理类似于单向端口的是端口例化和连接，不同的只是要求实现对应的双向传输任务。
task transport(itrans req,output otrans rsp)

三、TLM多向通信

1.概述

• 多向通信(multi_directional communication)这个概念听起来容易让读者产生歧义，因为这种方式服务的仍然是两个组件之间的通信，而不是多个组件之间的通信，而不是多个组件之间的通信，毕竟多个组件的通信仍然可以由基础的两个组件的通信方式来构建。
• 多向通信指的是，如哦initiator与target之间的相同的TLM端口数目超过一时的处理解决办法。
• comp1有两个uvm_blocking_put_port，而comp2有两个uvm_blocking_put_imp端口，我们对于端口例化可以给不同名字，连接也可以通过不同名字来索引，但问题在于comp2中需要实现两个task put(itrans t)，又因为不同端口之间要求在imp端口一侧实现专属方法，这就造成了命名冲突，即无法在comp2中定义两个同名的put任务。

2.端口宏声明

UVM通过端口宏声明方式来解决这一问题，它解决问题的核心在于让不同端口对应不同名的任务，这样便不会造成方法名的冲突。UVM为解决多向通信问题的宏按照端口名的命名方式分为:

3.实现步骤

当一个组件的两个端口通过相同方法(譬如task put())向另外一个组件传输数据时，就需要使用上面的宏，分别声明两个不同的imp类型，完整的实现步骤包括:

• 选择正确的imp宏来定义不同imp端口类型，而宏的参数SFX(后缀名)也会转换为相应的imp端口类型名。
• 在imp所例化的组件中，分别实现不同的put_SFX方法。
• 在port所例化的组件中，不需要对目标imp端口类型做区分，例如comp1中的bp_port1和bp_port2为相同的端口类型。
• 对于comp1调用put()方法，它只需要选择bp_port1或者bp_port2，而不需要更替put()方法名，即仍然按照put()来调用而不是put_p1()或者put_p2()。
• 在上层环境应该连接comp1和comp2的TLM端口。
• 用户只需要在例化多个imp端口的组件中实现不同名称的方法，使其与对应imp类型名保持一致。
• 而对于port端口一侧的组件，则不需要关心调用的方法名称，因为该方法名并不会发生改变。
• 所以通过这种方式可以防止通信方法名的冲突，从而解决多向通信的问题。

4.多向通信例子

`uvm_blocking_put_imp_decl(_p1)
`uvm_blocking_put_imp_decl(_p2)
class comp1 extends uvm_component;
	uvm_blocking_put_port#(itrans) bp_port1;
	uvm_blocking_put_port#(itrans) bp_port2;
	....
endclass

class comp2 extends uvm_component;
	uvm_blocking_put_imp_p1#(itrans,comp2) bp_imp_p1;
	uvm_blocking_put_imp_p2#(itrans,comp2) bp_imp_p2;
	...
endclass

class env1 extends uvm__env;
	comp1 c1;
	comp2 c2;
	`uvm_component_utils(env1)
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		...
	endfunction
	function void connect_phase(uvm_phase phase);
		c1.bp_port1.connect(c2.bp_imp_p1);
		c1.bp_port2.connect(c2.bp_imp_p2);
	endfunction:connect_phase
endclass

关注作者

• 自述
  作者是一位中科大数字设计专业的研究生，水平有限，如有错误，请大家指正，想要与大家一同进步。
• 经历
  曾获得国家奖学金，“高教社杯”数学建模国家二等奖等
• 陆续更新：
  1.与UVM验证相关的system verilog后续内容；
  2.与verilog数字设计相关的一些基础模块设计，例如FIFO，UART，I2C等的书写。
  3.保研与竞赛经历等
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