SystemVerilog 类:Class Handles 和 Objects

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本文详细介绍了SystemVerilog中的类句柄(Class Handles)和对象的概念,以及它们在硬件描述中的应用。通过示例,阐述了如何定义类、创建对象、使用类句柄访问成员和方法,以及在类方法内部使用`this`关键字。SystemVerilog的面向对象特性提高了描述硬件模块的灵活性和便利性。

SystemVerilog 是一种硬件描述语言(HDL),它提供了一种类(Class)的概念,使得设计人员可以使用面向对象的编程方法来描述硬件模块的行为和结构。在 SystemVerilog 中,类的实例化和操作是通过类句柄(Class Handles)和对象(Objects)来完成的。本文将详细介绍 SystemVerilog 类句柄和对象的概念,并提供相应的源代码示例。

类句柄是指向类对象的指针,它提供了对类成员和方法的访问。类句柄可以在运行时动态创建和销毁,并且可以在不同的作用域中传递。类句柄使用new()关键字来创建一个新的类对象,并使用点操作符(.)来访问类的成员和方法。

下面是一个简单的示例,展示了如何定义一个类、创建类的对象以及使用类句柄访问对象的成员和方法:

class Counter;
  int count;
  
  function new();
    count = 0;
  endfunction
  
  function void increment();
    count++;
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Counter c = new();
    c.increment();
    $display("Count: %d", c.count);
  end
endmodule

在上述示例中,我们定义了一个名为Counter的类,该类具有一个整型成员count和两个方法

### SystemVerilog 语法概述 SystemVerilog 是一种硬件描述验证语言,它扩展了 Verilog HDL 的功能,支持 RTL 设计、验证以及高级验证技术。以下是关于 SystemVerilog 的一些重要概念及其语法: #### 数据SystemVerilog 提供多种数据型来满足不同的设计需求。其中分为双态(2-state)四态(4-state)两种主要别。 - **双态数据型**: - `bit`: 表示二进制值 0 或 1,适用于高性能仿真的场景[^2]。 - `byte`, `shortint`, `int`, `longint`: 定义不同宽度的整数型,默认为有符号数[^2]。 - `time`: 64 位整数,表示时间,默认单位为秒[^2]。 - `real` `shortreal`: 分别对应 IEEE 754 单精度浮点数双精度浮点数。 - **四态数据型**: - `logic` `reg`: 似于传统 Verilog 中的寄存器型,能够表示四种状态(0, 1, X, Z),默认初始化为未知状态 X[^2]。 - `integer`: 32 位无符号整数,常用于循环索引或其他控制变量。 #### 子程序定义 (`task` `function`) 在 SystemVerilog 中,可以通过 `task` `function` 实现代码重用。两者的区别如下: - `task` 支持耗时语句(如延迟 `#delay`),而 `function` 不允许任何耗时操作[^2]。 - `task` 能够调用其他 `task` `function`,但 `function` 只能调用其他 `function`[^2]。 为了实现动态分配资源的目的,在某些场合下可以使用 `automatic` 关键字修饰这些子程序,使其采用栈上的自动存储方式而非全局静态存储[^1]。 #### 并发结构 (`fork...join`) 并发执行是硬件设计的重要特征之一。通过 `fork...join` 结构可以在同一时刻启动多个独立的任务或进程。常见的形式包括但不限于以下几种: - `fork ... join_any`: 当任意一个分支完成时立即退出整个并行块; - `fork ... join_none`: 启动所有线程后立刻继续后续代码运行而不等待任何一条路径结束; - 默认情况下的 `fork ... join`: 所有的线程都完成后才会离开该区域[^3]。 #### 随机化机制 对于复杂的验证环境来说,随机刺激生成是非常必要的手段。利用内置的方法比如 `randomize()` 函数配合约束条件表达式(constraints),我们可以轻松地创建各种各样的输入组合覆盖边界案例等特殊情形。另外还有专门针对单个属性启用/禁用随机化的工具——`rand_mode()` 方法[^4]。 ```systemverilog class Packet; rand bit [7:0] data; constraint c_data {data > 0 && data < 255;} endclass : Packet Packet pkt = new(); if (!pkt.randomize()) $fatal(1,"Randomization failed"); ```
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