數(shù)字硬件建模SystemVerilog之Interface和modport介紹

概述

SystemVerilog Interface是modport的一種，但比簡單的輸入、輸出或輸入輸出端口的功能更多。在其最簡單的形式中，Interface端口將相關(guān)的信號捆綁在一起作為一個單一的復(fù)合端口。例如，構(gòu)成AMBA AXI總線的所有單個信號都可以被歸納為一個Interface端口。

一個Interface可以做的不僅僅是封裝總線信號。SystemVerilog Interface為設(shè)計者提供了一種集中總線功能的方法，而不是將功能分散在設(shè)計中的幾個模塊中。這就模擬了設(shè)計工程師在RTL層面的工作，并讓綜合工作在整個設(shè)計中適當(dāng)?shù)胤峙溟T級總線硬件。

當(dāng)遵循特定的建模準(zhǔn)則和限制時，Interface是可以綜合的。Interface也可以用在不可綜合級別的建模，并作為驗證測試平臺的一部分。先進(jìn)的驗證方法，如UVM 、OVM和VMM，都使用Interface。

使用Interface作為modport

interface：定義interface模塊以關(guān)鍵字interface和endinterface結(jié)尾，內(nèi)部通過定義輸入輸出信號和對應(yīng)的logic信號，注意，雙態(tài)信號不可以定義為logic。定義好了interface后，需要在top層將interface進(jìn)行例化。

modport：使用modport來對上述信號接口進(jìn)行一個分組和方向指定，這樣會使得接口更加條理清晰。在頂層top中例化test時參數(shù)還是接口(模塊內(nèi)部是modport)

一個模塊的端口可以被聲明為一個Interface類型，而不是傳統(tǒng)的輸入、輸出或inout端口。一個模塊可以有任意數(shù)量的interface，interface可以與其他端口以任意順序連接。本書中的例子將Interface端口列在前面，只是為了強(qiáng)調(diào)Interface端口的作用。

有兩種風(fēng)格的Interface端口聲明--通用和特定類型。這兩種風(fēng)格都是可以綜合的。

通用Interface端口

一個通用的Interface端口通過使用關(guān)鍵字interface來定義端口的類型。而不是使用一個特定的Interface類型的名稱。語法是:

module（Interface）

當(dāng)module被實例化時，任何類型的Interface都可以被連接到通用Interface端口。這就提供了靈活性，同一個模塊可以用多種方式使用，不同的Interface連接到模塊上。在下面的例子中，模塊bridge被定義為有兩個通用Interface端口。每個通用Interface端口可以有一個ahb_bus Interface實例或一個Interface端口。

特定類型的Interface端口

一個modport可以被明確地聲明為一個特定類型的Interface。一個特定類型的接口端口是通過使用一個Interface的名稱作為端口類型來聲明的。語法是：

module()。

比如說:

一個特定類型的Interface端口只能連接到同一類型的Interface實例上。在上面的例子中，高層網(wǎng)表可以實例化CACHE模塊并連接一個ahb_bus Interface的實例，但不能連接一個usb_bus Interface的實例。如果錯誤的Interface實例類型被連接到特定類型的Interface端口，仿真器或綜合工具將發(fā)出一個闡述錯誤。特定類型的Interface端口確保錯誤的Interface不會被無意中連接到端口上。明確命名可以連接到端口的Interface類型，也使端口類型對其他需要審查或維護(hù)模塊的人更加明顯。有了特定類型的Interface端口，就更容易看清端口的確切使用方式。

一個模塊的功能需要引用Interface內(nèi)的信號。對于特定類型的Interface，Interface內(nèi)的信號名稱在編寫模塊的時候就已經(jīng)知道了，可以毫無顧慮地引用。對于通用Interface端口，不能保證連接到模塊Interface端口的每個Interface實例都有相同的信號名稱。

Interface modports

Interface為簡化模塊間的連接提供了一種實用而直接的方法。然而，連接到一個Interface的每個模塊可能需要看到Interface內(nèi)信號的獨特視圖。例如，在AHB總線上，hwdata信號是主模塊的輸出，而同樣的hwdata是同一總線上從屬模塊的輸入。

SystemVerilog Interface提供了一種方法來定義Interface信號的不同視圖，這樣每個模塊都能看到具有正確端口方向的Interface端口。這個定義是在Interface中使用modport關(guān)鍵字進(jìn)行的。Modport描述了Interface所代表的modport。一個Interface可以有任意數(shù)量的modport定義，每個定義都描述了一個或多個其他模塊如何看待Interface內(nèi)的信號。

一個modport定義了模塊在Interface中看到的信號的端口方向。modport的定義并不重復(fù)已經(jīng)在Interface信號聲明中定義的向量大小和類型信息。一個modport只定義連接模塊是否將一個信號視為輸入、輸出、inout端口。

下面的界面中顯示了兩個modport聲明的例子。

指定使用哪種modport

SystemVerilog提供了兩種方法來指定一個模塊Interface端口應(yīng)該使用哪種modport。

作為模塊定義中Interface端口聲明的一部分

作為與模塊實例的接口連接的一部分

這兩種方式都是可以綜合的，但將modport作為modport定義的一部分來指定有一些優(yōu)勢，這將在下面幾段中討論。

在模塊的interface聲明中選擇modport。要從一個Interface使用的特定調(diào)制端口可以直接指定為模塊內(nèi)Interface端口聲明的一部分。要連接到Interface的modport被指定為：

.

比如說。

只有特定類型的Interface端口可以指定一個modport作為端口聲明的一部分。通用Interface端口不能指定一個modport。

在實例化和連接這個主模塊的上級模塊，Interface的一個實例被連接到modport，而不指定modport的名稱。例如:

在module實例中選擇modport。另一種編碼方式是不在模塊定義中選擇modport，而是將modport的選擇推遲到模塊實例化時進(jìn)行。下面的例子聲明了第一個從屬模塊的端口作為simple_ahb Interface端口，但沒有指定使用哪個modport定義。

然后可以在模塊實例化時指定Interface的具體?？冢瑢⒁粋€Interface的實例連接到一個模塊實例。該連接被指定為:

.

比如說。

當(dāng)在模塊實例中指定要使用的modport時，模塊定義可以使用特定類型的Interface端口或通用Interface端口類型。

將modport作為端口聲明的一部分來指定，還可以使模塊獨立于其他模塊進(jìn)行綜合。它還有助于使模塊更加自我記錄。閱讀或維護(hù)該模塊的工程師可以立即看到哪一個modport將被用于該模塊。

在不指定modport的情況下連接到Interface。模塊Interface端口可以連接到一個Interface實例，而不需要指定具體的modport定義。當(dāng)沒有指定modport時，Interface中的所有wire都被假定為有一個雙向的inout方向。在仿真中，Interface中的變量被假定為ref類型。（ref端口允許端口的兩邊都可以讀取和修改變量。ref端口是不可綜合的，在本書中沒有討論）。綜合編譯器將沒有指定modport的Interface端口中的所有信號視為inout雙向端口。

使用modports來定義不同的連接集

在一個由幾個不同模塊使用的比較復(fù)雜的Interface中，可能不是每個模塊都需要看到Interface中的同一組信號。Modports使得為每個使用該Interface的模塊創(chuàng)建一個自定義的Interface視圖成為可能。

一個模塊只能訪問其modport定義中列出的信號。這使得Interface中的一些信號有可能被完全隱藏，不被某些模塊看到。例如，Interface可能包含一些信號，只有通過master_portsmodport連接到Interface的模塊才能使用，而通過s1ave_ports modport連接的模塊不能使用。

完整的AMBA AHB總線有19個信號，其中有幾個信號只由總線主機(jī)使用，而不是由總線從機(jī)使用。

下面的例子說明了一個自定義版本的simple_ahb Interface，增加了3個額外的AMBAAHB信號-hprot，hburst和htrans，只被主模塊使用。master_ports和slave_ports的modport聲明確保主模塊和從模塊看到各自模塊的正確信號集。

例10-5: 用modports的Interface來定制Interface信號的視圖

///////////////////////////////////////////////////////////
//SimpleAMBAAHBInterface
///////////////////////////////////////////////////////////
//`begin_keywords"1800-2012"
interfacesimple_ahb(
inputlogichclk,//bustransferclk
inputlogichresetN//busreset,activelow
);
logic[31:0]haddr;//transferstartaddress
logic[31:0]hwdata;//datasenttoslave
logic[31:0]hrdata;//returndatafromslave
logic[2:0]hsize;//transfersize
logichwrite;//1forwrite,0forread
logichready;//1fortransferfinished
//additionalAHBsignalsonlyusedbybusmaster
logic[3:0]hprot;//tranferprotectionmode
logic[2:0]hburst;//transferburstmode
logic[1:0]htrans;//transfertype

//mastermoduleportdirections
modportmaster_ports(
outputhaddr,hwdata,hsize,hwrite,//toAHBslave
inputhrdata,hready,//fromAHBslave
inputhclk,hresetN,//fromchiplevel
//additionalAHBsignalsonlyusedbybusmaster
outputhprot,hburst,htrans
);

//slavemoduleportdirections
modportslave_ports(
outputhrdata,hready,//toAHBmaster
inputhaddr,hwdata,hsize,hwrite,//fromAHBmaster
inputhclk,hresetN//fromchiplevel
);
endinterface:simple_ahb
//`end_keywords

使用 simple_ahb .master_ports modport 的模塊可以使用 hprot, hburst和htrans信號。一個使用simple_ahb.slave_ports modport的模塊不能訪問這3個信號。因為這些信號沒有在slave_ports modport中列出，就好像這些信號根本不存在一樣。

也有可能在一個Interface內(nèi)有內(nèi)部信號，這些信號通過任何modport都不可見。這些內(nèi)部信號可能被lint檢查器或Interface中的其他功能所使用。

審核編輯：劉清