SV線程的使用和控制

1、線程的使用

1.1程序和模塊

? module (模塊）作為SV從Verilog繼承過來的概念，自然地保持了它的特點除了作為RTL模型的外殼包裝和實現硬件行為， 在更高層的集成層面，模塊之間也需要通信和同步。

? 對于硬件的過程塊，它們之間的通信可理解為不同邏輯／時序塊之間的通信或者同步，是通過信號的變化來完成的。

? 從硬件實現的角度來看，Verilog通過always,initial過程語句塊和信號數據連接實現進程間通信。

? 我們可以將不同的module作為獨立的程序塊，他們之間的同步通過信號的變化(event觸發）、等待特定事件（時鐘周期）或者時間（固定延時）來完成。

如果按照軟件的思維理解硬件仿真，仿真中的各個模塊首先是獨立運行的線程(thread)。

模塊（線程）在仿真一開始便并行執行， 除了每個線程會依照自身內部產生的事件來觸發過程語句塊之外， 也同時依靠相鄰模塊間的信號變化來完成模塊之間的線程同步。

? 線程即獨立運行的程序。

? 線程需要被觸發， 可以結束或者不結束。

? 在module中的initial和always,都可以看做獨立的線程，它們會在仿真0時刻開始，而選擇結束或者不結束。

? 硬件模型中由于都是always語句塊 ， 所以可以看成是多個獨立運行的線程， 而這些線程會一直占用仿真資源， 因為它們并不會結束。

? 軟件測試平臺中的驗證環境都需要由initial語句塊去創建， 而在仿真過程中， 驗證環境中的對象可以創建和銷毀， 因此軟件測試端的資源占用是動態的。

軟件環境中的initial塊對語句有兩種分組方式 ， 使用begin ... end或fork... join。

begin ... end的語句以順序的方式執行，而fork...join中的語句則以并發方式執行。

與fork... join類似的并行方式語句還包括fork...join_any,fork...join_none.

? 線程的執行軌跡是呈樹狀結構的， 即任何的線程都應該有父線程。

? 父線程可以開辟若干個子線程， 父線程可以暫?；蛘呓K止子線程。

? 當子線程終止時， 父線程可以繼續執行。

? 當父線程終止時， 其所開辟的所有子線程都應當會終止。

2、線程的控制

2.1 fork.... join

//fork...join
initial 
begin 
    $display("@%0t：start fork... join example", $time); 
    #10 $display("@%0t：sequential after #10", $time);
fork
    $display("@%Ot: parallel start", $time); 
    #50 $display("@%0t：parallel after #50", $time); 
    #10 $display("@%0t: parallel after #lO", $time);
begin
    #30 $display("@%0t：sequential after #30", $time); 
    #10 $display("@%0t：sequential after #10", $time);
end 
join 
    $display ("@%0t：after join", $time);
    #80 $display("@%0t: finish after #80", $time);
end

打印代碼：

@0: start fork... join example

@10: sequential after #10

@10: parallel start

@20: parallel after #10

@40: sequential after #30

@50: sequential after #10

@60: parallel after #50

@60: after join

@140: finish after #80

2.2 fork...join_any

//fork...join_any
initial 
begin 
    $display("@%0t：start fork... join_any example", $time); 
    #10 $display("@%0t：sequential after #10", $time);
fork
    $display("@%Ot: parallel start", $time); 
    #50 $display("@%0t：parallel after #50", $time); 
    #10 $display("@%0t: parallel after #lO", $time);
begin
    #30 $display("@%0t：sequential after #30", $time); 
     #10 $display("@%0t：sequential after #10", $time);
end 
join_any
    $display ("@%0t：after join", $time);
    #80 $display("@%0t: finish after #80", $time);
end

打印代碼：

@0: start fork... join_any example

@10: sequential after #10

@10: parallel start

@10: after join_any

@20: parallel after #10

@40: sequential after #30

@50: sequential after #10

@60: parallel after #50

@90: finish after #80

2.3 fork...join_none

//fork...join_none
initial 
begin 
    $display("@%0t：start fork... none example", $time); 
    #10 $display("@%0t：sequential after #10", $time);
fork
    $display("@%Ot: parallel start", $time); 
    #50 $display("@%0t：parallel after #50", $time); 
    #10 $display("@%0t: parallel after #lO", $time);
begin
    #30 $display("@%0t：sequential after #30", $time); 
    #10 $display("@%0t：sequential after #10", $time);
end 
join_none
    $display ("@%0t：after join_none", $time);
    #80 $display("@%0t: finish after #80", $time);
end

打印代碼：

@0: start fork... join_none example

@10: sequential after #10

@10: after join_none

@10: parallel start

@20: parallel after #10

@40: sequential after #30

@50: sequential after #10

@60: parallel after #50

@90: finish after #80

2.4 等待所有衍生線程

? 在SV中， 當程序中的initial塊全部執行完畢， 仿真器就退出了。

? 如果我們希望等待fork塊中的所有線程執行完畢再退出結束initial塊， 我們可以使用wait fork語句來等待所有子線程結束。

task run_threads;
...
fork
check_trans(trl); //線程1 
check_trans(tr2); //線程2 
check_trans(tr3); //線程3
join_none
...
／／等待所有fork中的線程結束再退出task 
wait fork;
endtask

2.5 停止單個線程

在使用了fork.. join_any或者fork... join_none以后，我們可以使用disable來指定需要停止的線程。

parameter TIME_OUT = 1000; 
task check_trans{Transaction tr);
fork
begin
//等待回應，或者達到某個最大時延
fork: timeout_block
begin
wait(bus.cb.addr == tr.addr);
$display("@%0t: Addr match %d", $time, tr.addr);
end 
#TIME_ OUT $display ("@%0t：Error: timeout， $time);
join_any 
disable timeout_block;
end
join_none
endtask

2.6 停止多個線程

disable fork可以停止從當前線程中衍生出來的所有子線程。

initial begin 
check_trans(trO); //線程0
//創建一個線程來限制disable fork的作用范圍 
fork//線程1
begin
check_trans(trl); //線程2 
fork//線程3
check_trans(tr2); / /線程4
join 
//停止線程1-4, 單獨保留線程0 
#(TIME_OUT/2) disable fork
end
join
end

2.7 停止被多次調用的任務

如果你給某—個任務或者線程指明標號， 那么當這個線程被調用多次以后 ， 如果通過disable去禁止這個線程標號， 所有衍生的同名線程都將被禁止。

task wait_for_time_out(int id);
if (id == 0)
fork
begin
#2; 
$display("@%0t：disable wait_for_time_out"' $time); 
disable wait_for_time_out;
end 
join_none 
fork : just_a_little
begin
$display ("@%0t：%m: %0d entering thread", $time, id); 
#TIME_OUT; 
$display("@%0t：%m: %0d done", $0ime, id); 
end
join_none
endtask
initial begin
wait_for_time_out(0); // Spawn thread 0 
wait_for_time_out(1); // Spawn thread 1  
wait_for_time_out(2); // Spawn thread 2 
#(TIME_OUT*2) $display("@%0t：All done", $time); 
end

? 任務wait_for_time_out被調用了三次， 從而衍生了三個線程。

? 線程0在#2延時之后禁止了該任務，而由于三個線程均是“ 同名”線程， 因此這些線程都被禁止了， 最終也都沒有完成。

內容來源：IC修真院優秀學員

審核編輯：湯梓紅