如何配置sequence的仲裁算法和優(yōu)先級(jí)

本文依然是比較多的干貨，也偏保姆級(jí)，介紹Sequence之間發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候，我們需要或者說可以做些什么，包括如何配置sequence的仲裁算法和優(yōu)先級(jí)、如何讓sequence占用sequencer（這個(gè)地方UVM 1.2有個(gè)bug），以及如何中斷sequence的執(zhí)行。

01 Arbitrary

在UVM中，多個(gè)sequence可以同時(shí)被綁定到相同的sequencer并啟動(dòng)。這種測(cè)試場(chǎng)景在實(shí)際中是存在的，比如在模擬同一個(gè)總線master口上的不同類型的數(shù)據(jù)流時(shí)，可以將符合這些不同類型的數(shù)據(jù)流的sequence綁定到同一個(gè)sequencer，并啟動(dòng)它們，以構(gòu)造出復(fù)雜的測(cè)試場(chǎng)景。

這樣一來，在驗(yàn)證環(huán)境運(yùn)行中就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的問題，當(dāng)多個(gè)sequence同時(shí)企圖向下游發(fā)transaction的時(shí)候，sequencer需要能夠決定處理這些transaction的順序。而給出答案的，是sequencer內(nèi)建的仲裁機(jī)制。

下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的UVM例程：例程同時(shí)啟動(dòng)三個(gè)sequence（seq_0, seq_1, seq_2），它們會(huì)往同一個(gè)sequencer發(fā)transaction，并且在啟動(dòng)的時(shí)候還分配了權(quán)重值（start方法的第三個(gè)參數(shù)），每個(gè)sequence會(huì)循環(huán)發(fā)送4個(gè)transaction。在Env中例化sequencer和driver，并完成連接。例程中在driver拿到transaction之后，會(huì)根據(jù)transaction的成員變量id和index打印出來當(dāng)前transaction產(chǎn)生自哪個(gè)sequence，以及是循環(huán)的第幾次。

仿真結(jié)果如下，可以看得出來在沒有配置仲裁算法的情況下，即使我們?yōu)閟equence都分配了權(quán)重值，sequencer對(duì)三個(gè)sequence還是“雨露均沾”：

實(shí)際上，UVM給我們預(yù)設(shè)了六種仲裁算法供選擇，同時(shí)保留了用戶自定義的接口。默認(rèn)情況下，使用的仲裁算法是UVM_SEQ_ARB_FIFO，嚴(yán)格按照先進(jìn)先出的原則來做選擇，所以才會(huì)出現(xiàn)上面說的，仿真結(jié)果跟權(quán)重值沒有關(guān)系。關(guān)于仲裁算法，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)試場(chǎng)景來做出選擇。

那么如何配置仲裁算法？在代碼中，可以通過調(diào)用sequencer的方法set_arbitration()來對(duì)仲裁算法進(jìn)行配置。比如在上面例程env_demo類的build_phase函數(shù)的最后一行，可以加上sqr.set_arbitration(UVM_SEQ_ARB_WEIGHTED)來配置仲裁算法，仿真結(jié)果我貼在下面，可以看到，我們分配的權(quán)重值開始起作用了:

02 LockingMechanism

Locking mechanism指的是sequence對(duì)sequencer的占用，sequence可以優(yōu)先獲得sequencer的使用權(quán)限，并且在它自己釋放之前，其他sequence無法通過該sequencer和driver發(fā)送transaction。

Sequence搶占功能同樣來源于測(cè)試場(chǎng)景的需求，應(yīng)用于當(dāng)有某個(gè)sequence需要優(yōu)先并獨(dú)占sequencer的時(shí)候，比如對(duì)中斷（interrupt）的處理。如下圖所示，當(dāng)sequence_2占用了sequencer之后，其他sequence在sequence_2釋放之前將無法聯(lián)系上sequencer。

UVM提供了兩種搶占方法：lock和grab。lock方式會(huì)等待仲裁機(jī)制正常調(diào)度到該sequence（即將請(qǐng)求放在仲裁隊(duì)里的最后），并占用該sequencer直到sequence調(diào)用unlock()來解鎖；grab方式則會(huì)使該sequence在下一輪仲裁中被執(zhí)行（即將請(qǐng)求放在仲裁隊(duì)列的最前面），并占用該sequencer直到sequence調(diào)用unlock()和ungrab()。

Sequencer被某個(gè)sequence搶占了之后，我們可以通過調(diào)用它的成員方法來獲取當(dāng)前的狀態(tài)信息。比如，可以在sequence的body()里面使用m_sequencer.is_grabbed()函數(shù)來看當(dāng)前sequencer是不是被誰鎖住了；還可以使用m_sequencer.current_grabber()函數(shù)來獲得當(dāng)前鎖住sequencer的sequence句柄；還有其他函數(shù)可以使用，具體可以參考UVM的手冊(cè)。

關(guān)于lock和grab的使用在其他地方有很多示例代碼，這里將基于上面的例程，展示UVM 1.2潛藏的一個(gè)bug。先在上述代碼中seq_demo_0類的body()任務(wù)的入口和出口處，分別加上lock()和unlock()，如上圖所示，然后進(jìn)行仿真，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：最終只有seq_0搶先鎖住了sequencer，雖然我們?cè)赽ody()的最后調(diào)用了unlock()，但是seq_1和seq_2在seq_0結(jié)束之后依然搶不到鎖，仿真最后結(jié)束在UVM timeout，如下圖：

這是一個(gè)UVM的bug，問題的根源在uvm_sequencer_base的源碼中，當(dāng)有多個(gè)sequence在lock_list隊(duì)列里面時(shí)，調(diào)用m_wait_for_available_sequence()方法獲取sequence句柄會(huì)使代碼掛死。該UVM issue已經(jīng)有人提交到了accellera，具體可以參見參考資料2。這個(gè)bug在UVM 2017-1.1或者UVM 2020中可能已經(jīng)修掉了，有興趣的讀者可以自己試一下。鑒于目前有很多代碼是基于UVM 1.2構(gòu)建的，用戶在使用lock/grab的時(shí)候需要特別注意這個(gè)bug。

03Sequence Interrupt

在處理器等數(shù)字系統(tǒng)中，通常硬件中斷都是由某個(gè)信號(hào)脈沖或者電平來觸發(fā)，并通過中斷控制仲裁之后，由控制器發(fā)送給處理器進(jìn)行處理。

在Sequence中的中斷操作也類似，分兩部分實(shí)現(xiàn)：第一部分是將通過虛擬接口監(jiān)視中斷源信號(hào)的變化，以實(shí)現(xiàn)軟硬件的隔離；第二部分是在主sequence中發(fā)起一個(gè)監(jiān)視進(jìn)程（monitor process），在等到中斷到來之后啟動(dòng)用作中斷處理的sequence。

另外，Sequence一旦被啟動(dòng)，通常不會(huì)去想著將它異常結(jié)束（通過seq.kill()或者seqr.stop_sequences()調(diào)用），否則我們需要更加復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)去查看當(dāng)前driver是否空閑，以確保sequencer跟driver的握手機(jī)制不出問題。如果有必要將sequence提前結(jié)束，建議在sequence內(nèi)部去做條件判斷和處理。

審核編輯：劉清