SV线程的使用和控制

1、线程的使用

1.1程序和模块

• module (模块）作为SV从Verilog继承过来的概念，自然地保持了它的特点除了作为RTL模型的外壳包装和实现硬件行为， 在更高层的集成层面，模块之间也需要通信和同步。

• 对于硬件的过程块，它们之间的通信可理解为不同逻辑／时序块之间的通信或者同步，是通过信号的变化来完成的。

• 从硬件实现的角度来看，Verilog通过always,initial过程语句块和信号数据连接实现进程间通信。

• 我们可以将不同的module作为独立的程序块，他们之间的同步通过信号的变化(event触发）、等待特定事件（时钟周期）或者时间（固定延时）来完成。

如果按照软件的思维理解硬件仿真，仿真中的各个模块首先是独立运行的线程(thread)。

模块（线程）在仿真一开始便并行执行， 除了每个线程会依照自身内部产生的事件来触发过程语句块之外， 也同时依靠相邻模块间的信号变化来完成模块之间的线程同步。

• 线程即独立运行的程序。

• 线程需要被触发， 可以结束或者不结束。

• 在module中的initial和always,都可以看做独立的线程，它们会在仿真0时刻开始，而选择结束或者不结束。

• 硬件模型中由于都是always语句块 ， 所以可以看成是多个独立运行的线程， 而这些线程会一直占用仿真资源， 因为它们并不会结束。

• 软件测试平台中的验证环境都需要由initial语句块去创建， 而在仿真过程中， 验证环境中的对象可以创建和销毁， 因此软件测试端的资源占用是动态的。

软件环境中的initial块对语句有两种分组方式 ， 使用begin ... end或fork... join。

begin ... end的语句以顺序的方式执行，而fork...join中的语句则以并发方式执行。

与fork... join类似的并行方式语句还包括fork...join_any,fork...join_none.

• 线程的执行轨迹是呈树状结构的， 即任何的线程都应该有父线程。

• 父线程可以开辟若干个子线程， 父线程可以暂停或者终止子线程。

• 当子线程终止时， 父线程可以继续执行。

• 当父线程终止时， 其所开辟的所有子线程都应当会终止。

2、线程的控制

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

 

打印代码：

@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

打印代码：

@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

打印代码：

@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 等待所有衍生线程

• 在SV中， 当程序中的initial块全部执行完毕， 仿真器就退出了。

• 如果我们希望等待fork块中的所有线程执行完毕再退出结束initial块， 我们可以使用wait fork语句来等待所有子线程结束。

task run_threads;
...
fork
check_trans(trl); //线程1 
check_trans(tr2); //线程2 
check_trans(tr3); //线程3
join_none
...
／／等待所有fork中的线程结束再退出task 
wait fork;
endtask

2.5 停止单个线程

在使用了fork.. join_any或者fork... join_none以后，我们可以使用disable来指定需要停止的线程。

parameter TIME_OUT = 1000; 
task check_trans{Transaction tr);
fork
begin
//等待回应，或者达到某个最大时延
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 停止多个线程

disable fork可以停止从当前线程中衍生出来的所有子线程。

initial begin 
check_trans(trO); //线程0
//创建一个线程来限制disable fork的作用范围 
fork//线程1
begin
check_trans(trl); //线程2 
fork//线程3
check_trans(tr2); / /线程4
join 
//停止线程1-4, 单独保留线程0 
#(TIME_OUT/2) disable fork
end
join
end

2.7 停止被多次调用的任务

如果你给某—个任务或者线程指明标号， 那么当这个线程被调用多次以后 ， 如果通过disable去禁止这个线程标号， 所有衍生的同名线程都将被禁止。

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

• 任务wait_for_time_out被调用了三次， 从而衍生了三个线程。

• 线程0在#2延时之后禁止了该任务，而由于三个线程均是“ 同名”线程， 因此这些线程都被禁止了， 最终也都没有完成。

内容来源：IC修真院优秀学员

审核编辑：汤梓红