sequence和sequencer — UVM

柯镜

2023-12-01

简介

发送item的过程：

sequence是产生sequence item对象的地方，也可以产生sequence对象来实现sequence层次化；
产生sequence item经过sequencer流向driver；
driver得到sequence item后，将数据按照与DUT的物理接口协议写入到接口上，对DUT形成有效激励；如果DUT与driver要进行互动，需要driver返回一个sequence item，经过sequencer到达sequence；

基本概念：

sequence item是driver与DUT互动的最小粒度内容；
通过SV的随机化和sequence item对随机化的支持，产生的每个sequence item对象中的数据内容都不同；
driver和sequencer的通信时通过TLM端口实现；
driver 和 sequencer 是component ；uvm_sequence_item 和 uvm_sequence 是object；
uvm_sequence 和 uvm_sequence_item并不处于UVM树结构中，所以顶层无法直接做配置。sequence活动起来，会挂载在sequencer上，这样sequence就可以依赖于sequencer的结构关系，通过sequencer来获取顶层配置；
数据传送机制采取的get模式，而不是put模式；

sequencer存在的意义？

sequencer是一个组件，可以通过TLM端口与driver传输item对象；
当有多个sequence挂载在sequencer上时，sequencer有充分的仲裁机制来合理分配和传送item，继而实现并行item数据传送至driver的测试场景；
由于sequence是一个object，而uvm_object是独立于build阶段的，这就使得用户可以有选择地、动态地在合适时间点挂载所需的sequence和item；

选取get()模式的原因？

如果是get模式，那么当item从sequence产生，穿过sequencer到达driver时，我们就可以结束该传输。而如果是put模式，则必须是sequencer将item传送至driver，同时必须收到返回值才可以发起下一次的传输。从效率上看，是由差别的。
如果需要让sequencer具有仲裁的特性，使得多个sequencer同时挂载sequencer上，那么get模式更符合“工学设计”。这是因为driver作为initiator，一旦发出get请求，会先通过sequencer，继而获得仲裁后的item。

1.sequence 和 item

item的使用：

如果数据域使用来做驱动，应该定义为rand，同时按照驱动协议给出合适的constraint
通过宏`uvm_field_xxx声明必要的数据成员，以便日后使用uvm_object的基本数据方法的自动实现，例如print( );
UVM要求item的创建和随机化都发生在sequence的body()任务中；
item对象的声明周期始于sequence中的body方法中的create_item()，直到被driver消化后，item生命周期结束；如果要对item做操作，可以合理利用copy()或clone()等数据方法。

sequence的分类：

flat sequence只产生和发送item ；
hierarchical sequence，区别于flat sequence的地方在于它可以使用其他sequence和item，具有层次；
virtual sequence ，区别于hierarchical sequence，该序列本身不会固定挂载与某一个sequencer类型上，而是将内部不同类型的sequence最终挂载到不同目标的sequencer上。

sequence中的步骤：

通过create_item()创建 request item对象
调用start_item()方法，将item挂载到sequencer上，准备发送item
在完成发送item之前，对item进行随机化
调用finish_item()方法完成item发送

2.sequencer 和 driver

1. 通信方式——TLM端口

driver的TLM端口：

uvm_seq_item_pull_port #(REP,RSQ) seq_item_port

sequencer的端口：

uvm_seq_item_pull_imp #(REQ,RSP,this_type) seq_item_export

driver和sequencer的端口连接：

driver::seq_item_port.connect(sequencer::seq_item_export)

端口中定义的常用方法：

task get_next_item (output REQ req_arg)

采取blocking方式等待从sequence中获取一个item；

注：这个方法属于uvm_sequencer中的方法，在layering sequencer中会提到
function void item_done（input RSP rep_arg = null）

通知sequence当前的item已经消化完毕
function void put_response( input RSP rep_arg )

采用nonblocking方式发送response，成功返回1

2.事务传输

sequence_item中：

创建item —— create_item（bus_trans::get_type(),m_sequencer,“rsp”）;
发送item—— start_item() 等待获取sequencer的授权许可，立即返回结果；
在start_item()和finish_item()之间，对item做随机化；
完成发送item——finish_item()，阻塞，等待driver的item_done()返回；
如果driver返回rsp,可调用get_response对rsp处理，注意做句柄转换

driver中：

通过TLM端口seq_item_port.get_next_item(REQ)，从sequencer获取item;
clone() 获取的REQ,生成response item;
通过seq_item_port.item_done(RSP)，告诉sequence item已经”消化“完毕；

高层环境中：

connect_phase中对TLM端口做连接，driver.seq_item_port.connect(sequencer.seq_item_export)完成driver和sequencer的连接

在顶层test中：

利用uvm_sequnce类的方法，uvm_sequnce::start(“sequencer的句柄”)实现sequence挂载到sequencer上

3. 通信时序

无论是flat sequence 还是 hierarchical sequence，进一步切分的话，流向sequencer的都是sequence item；通过create_item创建item，继而通过start_item()尝试从sequencer那里获取通过的权限；
driver一侧始终通过 get_next_item()尝试从sequencer那获取item；
sequencer将通过权限交给底层的sequence之前，目标sequence中的item应该完成随机化；sequence在获得sequencer通过权限后，执行finish_item()，但这个是阻塞的方法，不会立刻执行结束。
item将穿过sequencer到达driver一侧，由driver消化；
driver在消化完item后，执行item_done(）方法来告知sequence已经完成数据传输，完成一次握手；如果driver通过item_done(rsp）将RSP作为状态值返回，sequence可以选择调用get_response(rsp)，此时finish_item()才算真正的结束。

建议：

多个sequence同时向sequencer发送item时，每个item都会在sequence创建时就自带一个id值。driver在返回response item时，可以使用rsp.set_sequence_id(req.get_sequence_id())给response item设置同样的id值，发送至对应的源sequence；
尽量不要直接对req直接做操作然后当做response item返回给sequence，这样会延长request item的寿命，也会导致request item原始数据记录丢失。通过clone()的方式创建response item，在进行操作；
修改原有sequence item时，通过继承原有sequence item的方式定义新的item；
注意get_response()传递的是uvm_sequence_item 类型的句柄，get_next_item() 传递的是一个REQ类型的句柄，任务执行完后，要做类型转换后得到正确的句柄在进行后续操作；

3.sequence和sequencer

1.常用方法和宏的定义

1.将sequence挂载到sequencer上

uvm_sequence::start(“sequecer 句柄”，“上层sequence”，”优先级“，“指定pre_body()和post_body()执行次序”)；
一般在顶层test中将顶层sequence挂载到sequencer上，挂载前需要将sequence例化；

2.将item挂载到sequencer上

uvm_sequence::start_item(“item对象”，“优先级”，“指定item和其parent sequence挂载到的sequencer是否是一个，默认相同”)
uvm_sequence::finish_item(“item对象”，”优先级“)

3.item发送至driver的步骤拆解：

创建item；
通过start_item()方法等待获取sequencer的授权许可；
得到授权后，执行parent sequence 的方法pre_do()；
对item进行随机化；
通过finish_item()方法对item进行随机化处理后，执行parent sequence的 mid_do() 方法，以及调用uvm_sequencer::send_request()和uvm_sequencer::wait_for_item_done()来将item发送至driver在完成与diver之间的握手。
最后执行parent sequence的post_do()；

4.宏（红宝书P384）

只能在sequence中被调用 ，一般在sequence中的body(）任务中调用；
如宏`uvm_do(item)就将create_item等方法封装了
避免使用fork…join_any或fork…join_none来控制sequence的发送顺序，避免产生sequence死锁的问题。

2. sequencer仲裁特性

通过uvm_sequencer::set_arbitration(“UVM预定枚举类型的仲裁模式”) 设置仲裁模式；(P385)
uvm提供的两种锁定机制：lock()和grab()

lock()和grab()的区别：

lock()：当sequencer按照仲裁机制授权给该sequence，一旦该sequence拿到授权，就不会将授权返回。只有当sequence执行unlock()时，才会释放这一锁定的权限；
grab()：下一次授权周期就可以无条件地获取授权。也就是说，当已经有其他sequence获得授权时，grab()就无法获得授权。

4.sequence的层次化

1. hierarchical sequence

hierarchical sequence本身直接挂载到sequencer上

2. virtual sequence

解决多个sequence挂载到多个sequencer上的问题

virtual sequence中有各个子模块环境的sequence，
virtual sequence中使用宏`uvm_declare_p_sequencer定义了一个virtual sequencer类型的变量p_sequencer，通过p_sequencer可以索引到virtua sequencer中的声明的各个sequencer句柄；
virtual sequencer中有各个子模块环境的sequencer句柄，其本身并不传递item，承担一个路由的作用；
顶层环境中例化virtual sequencer，然后将virtual sequencer中各个sequencer句柄同各个子模块中的sequencer实例做连接，避免句柄悬空；
顶层test中将virtua sequence挂载在virtual sequencer上；

注意：

宏`uvm_declare_p_sequencer（virtual_sequencer）的作用：1.定义了一个virtual_sequencer p_sequencer；2.做了$(p_sequencer,m_sequencer)的类型转换；
在顶层test将virtua sequence挂载在virtual sequencer上之后，virtual sequence中的p_sequencer变量就可以索引到virtual sequencer中的声明的各个sequencer句柄；
在virtual sequence中，使用宏`uvm_do_on(“各个sequence”，p_sequencer，“virtual sequencer中的各个sequencer句柄”)，将不同sequence的item指向不同的sequencer；

3. layering sequence

将高抽象级的item，通过层次化的sequence，转变为底层的item。这种层次化的sequence称为layering sequence。

转化层adapter sequence会不断forever接收高抽象级layer sequence传送过来的高抽象级item，将其转化为底层item，然后发送底层item；
adapter sequence挂载的sequencer（phy_master_sequencer）中要声明layer sequencer句柄；
顶层环境中将phy_master_sequencer同driver做连接
顶层test中将layer sequence挂载在layer sequencer上，adapter sequence挂载phy_master_sequencer上；并且将phy_master_sequencer中声明的layer sequencer句柄同实例做连接；

adapter sequence中如何找到layer sequence传送过来的高抽象级item？

过程：adapter sequence — (p_sequencer) —> layer sequencer ——> 高抽象级item
因为adapter sequence挂载在phy_master_sequencer上，通过在adapter sequence中使用宏`uvm_declare_p_sequencer(phy_master_sequencer) 声明p_sequencer，；
phy_master_sequencer中声明layer sequencer句柄，而layer sequence是挂载在layer sequencer上的；
在顶层test中将phy_master_sequencer中声明layer sequencer句柄同layer sequencer的实例做连接；
这样在adapter sequence中就可以通过p_sequencer.layer_sequencer.get_next_item(req),获取layer sequence中发送的高抽象级item。