systemverilog竞争冒险之time-slot

在systemverilog仿真过程中经常会遇到采样数据差一拍的问题，当希望获取当下cycle的数据，却获取的是上一cycle的旧数据，当希望获取的是采样前的数据，却阴差阳错的获取了采样后的数据。

verilog实现的是硬件电路，systemverilog仿真其实不是真正的硬件行为，而是软件行为，用软件来模拟硬件的行为，而软件的事件处理其实是串行的，为了模拟硬件行为，仿真器需要根据一定的规则处理电路事件。

一、time-slot

仿真过程由许多连续的时间组成的，每个时间成为一个time-slot，每个time-slot又被划分为多个区域，每个区域顺序执行。

systemverilog标准将一个time-slot划分为了17个区域：

time-slot划分

每个time-slot的执行过程如下：

执行顺序

一个time-slot的17个region的执行顺序如上所示，其中绿色框中的部分为module事件的执行，红色框中的为program事件的执行，observed为断言的执行。

- Active region

执行和计算module当前活动:

阻塞赋值

非阻塞赋值表达式右值

连续赋值语句

计算输入并更新verilog原语输入

2.Inactive region

带有#0延时的事件被推迟到Inactive执行。

3. NBA region

非阻塞赋值左值更新在NBA生效。

4. observed region

断言在此region执行。

time-slot的细节可以参考systemverilog协议的“Scheduling semantics”章节。

二、仿真竞争冒险

1.仿真环境搭建在program中

program的一个重要作用就是将仿真环境和硬件代码分割开来，在program执行时，module的行为已经确定，避免了验证环境和RTL线程的竞争冒险。

所以在@rtl.clk时采样rtl.sig会得到更新后的“新值”。

2.仿真环境搭建在module中

由于program语法的限制在program中搭建仿真环境并不是很方便，更多的仿真环境是搭建在module中的。

分析一下下面两种情况：

@rtl.clk时采样组合逻辑rtl.sig值，此时会出现竞争冒险导致采样值不确定是新值还是旧值。

rtl.sig在active region更新，环境使用rtl.sig也在active region，两个进程的顺序不确定。

@rtl.clk时采样时序逻辑rtl.sig值，此时采样的值为更新前的旧值。

rtl.sig在NBA region更新，而环境使用rtl.sig在active region，顺序确定。

三、interface

上面提到在module中搭建仿真环境会存在冒险竞争的问题，interface的clocking block为解决这个问题提供了方案。

interface示例

在硬件电路中有一个很重要的概念建立时间和保持事件，如果希望电路功能正常，不出现时序问题，需要综合出的电路满足建立保持时间。

所谓的建立时间就是在时钟沿前数据要保持稳定的时间，保持时间是在时钟沿后数据要保持稳定的时间。

interface的clocking block实现原理也是类似的，clocking block会在时钟沿前一段时间采样信号值，在时钟沿后一段时间驱动信号值，避免了可能出现的采样和驱动冒险。

上图中的1step，对于input为上一个time-slot的postponed region，当然也可以设置为具体的时间，如1ps。如果不设置信号skew，则默认输入为1step,输出为0。

在使用@if.cb时，该时钟对齐在observed region。

对于时钟与信号的采样分为以下几种情况（这里只讨论验证环境搭建在module中的情况）：

@rtl.clk后采样rtl.sig，上面已经讨论过了，不赘述。

@rtl.clk采样if.cb.sig

clocking block的输入信号采样发生在上一time-slot的最后，故采样的值为“旧值”。

@if.cb后采样rtl.sig

时钟对齐在observed region，信号已经完成更新，采样的值为“新值”。

@if.cb后采样if.cb.sig

采样值为“旧值”。

今天的文章 systemverilog竞争冒险之time-slot分享到此就结束了，感谢您的阅读。