【UVM入门笔记(三)】TLM通信

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一、TLM通信概述

系统原型阶段和芯片验证阶段均使用了TLM通信方式。前者为了更快地实现硬件原型之间的数据通信，后者为了更快地实现验证组件之间的数据通信。
TLM是一种提高数据传输抽象级的标准，可以用来表示宽松时间跨度内的硬件通信数据。通过将低颗粒硬件周期内的数据打包成一个大数据，可以有效地提升整体环境的仿真速度。
基本概念
1）两个通信对象：initial（发起通信请求的一方）和target（发起通信的响应方）。
2）按照transaction的流向区分两个对象：producer（数据产生一方）和consumer（数据流向方）。
※initial与target的关系同producer和consumer的关系是不固定的。
TLM通信步骤
1）在两个对象中创建TLM端口
2）在target中实现TLM通信方法
3）在更高的层次中将两个对象的端口进行连接
分类
①按照端口类型：
1）port：作为initiator的发起端
2）export：作为initial和target中间层次的端口
3）imp：只能作为target接收request的末端，无法再次延伸。
②按照数据流向
1）单向传输
2）双向传输
👉数据流向和端口类型加以组合，TLM端口共可以分为六类。

uvm_UNDIR_port #(trans_t)
uvm_UNDIR_export #(trans_t)
uvm_UNDIR_imp #(trans_t, imp_parent_t)  // 不仅需指定transaction类型，还需指定所在component类型。
uvm_BIDIR_port #(req_trans_t, rsp_trans_t)
uvm_BIDIR_export #(req_trans_t, rsp_trans_t)
uvm_BIDIR_imp #(req_trans_t, rsp_trans_t, imp_parent_t)

端口使用注意问题
1）多个port可以连接到同一个export或者imp，但是单个port或者export无法连接多个imp。
2）port可以连接port、export或者imp；export可以连接export或者imp；imp只能作为数据传送的终点，无法扩展连接。

二、单向通信

在这里插入图片描述

阻塞传输方式（blocking前缀）对应方法类型为task；非阻塞传输方式（nonblocking前缀）对应方法类型为function。
peek同get的区别在于peek只是没把原数据移除。
try_xxx()方法和can_xxx()方法的区别在于can_xxx()函数先试探target是否可以接收数据，如果可以，再通过try_xxx()函数发送，提高数据发送的成功率。

//example
class comp1 extends uvm_component;
  uvm_blocking_put_port #(itrans) bp_port;
  uvm_nonblocking_get_port #(otrans) nbg_port;
  ...
  // inside run phase
  this.bp_port.put(xx);
  ...
  if(this.nbg_port.try_get(xx)==1) ...;
  ...
endclass
class comp2 extends uvm_component;
  uvm_blocking_put_imp #(itrans, comp2) bp_imp;
  uvm_nonblocking_get_imp #(otrans, comp2) nbg_imp;
  ...
  task put(itrans t);
  ...
  endtask
  function bit try_get(output otrans t);
  ...
  endfunction
endclass

class env1 extends uvm_env;
  comp1 c1;
  comp2 c2;
  ...
  function void connect_phase(uvm_phase phase);
    super.connect_phase(phase);
    c1.bp_port.connect(c2.bp_imp);
    c1.nbg_port.connect(c2.nbg_imp);   //左侧initiator, 右侧target
  endfunction: connect_phase
endclass

三、双向通信

双向通信中的两端同时扮演着producer和consumer的角色，而initiator作为request发起方，在发起request之后，还会等待response返回。

四、多向通信

多向通信仍然是两个组件之间的通信，是针对initiator与target之间相同TLM端口数目超过一个时的处理解决办法。
通过端口宏声明方式解决。eg. `uvm_blocking_put_imp_decl(SFX)

`uvm_blocking_put_imp_decl(_p1)
`uvm_blocking_put_imp_dec1(_p2)
class comp1 extends uvm_component;  //组件1不受任何影响，目前并不知道最后连接到哪里
  uvm_blocking_put_port #(itrans) bp_port1;
  uvm_blocking_put_port #(itrans) bp_port2;
  ...
  // inside run_phase
  this.bp_port1.put(xx);
  ...
  this.bp_port2.put(xx);
endclass
class comp2 extends uvm_component;
  uvm_blocking_put_imp_p1 #(itrans, comp2) bt_imp_p1;
  uvm_blocking_put_imp_p1 #(itrans, comp2) bt_imp_p2;
  semaphore key;   //对于共享资源，做互斥访问的保护
  ...
  task put_p1(itrans t);
    key.get();
    ...
  endtask
  task put_p2(itrans t);
    key.get();
    ...
  endtask
endclass
class env1 extends uvm_env;
  comp1 c1;
  comp2 c2;
  ...
  function void connect_phase(uvm_phase phase);
    super.connect_phase(phase);
    c1.bp_port1.connect(c2.bt_imp_p1);
    c1.bp_port2.connect(c2.bt_imp_p2);
  endfunction: connect_phase
endclass

五、管道通信

👉解决问题：1）不自己实现target一端需要实现的传输方法；2）解决一端到多端的传输

TLM_FIFO
多数情况下，需要实现的传输方法都是相似的，方法的主要内容即是为了实现一个数据缓存功能。TLM FIFO uvm_tlm_fifo类是一个新组件，继承于uvm_component类，而且已经预先内置了多个端口以及实现了多个对应方法供用户使用。
Analysis Port
1）针对一个initiator端到多个target端的方式；需要调用的是write()函数来实现数据传输。
2）类似于其它TLM端口，按照传输方法和端口方向组合可以将analysis port分为uvm_analysis_port、uvm_analysis_export以及uvm_analysis_imp。
3）在initiator端调用write()函数时，实际上通过循环的方式将所有连接的target端内置的write()函数进行了调用。
Analysis TLM FIFO
uvm_tlm_analysis_fifo类继承于uvm_tlm_fifo，这表明它本身具有面向单一TLM端口的数据缓存特性，而同时该类又有一个uvm_analysis_imp端口analysis_export并实现了write()函数。
注意，虽然名为export但实际上是imp类型的端口，并且下图中的target端的端口类型变成了port类型，整体的数据流向与原来的是相同的。
双向通信管道
1）uvm_tlm_req_rsp_channel
2）uvm_tlm_transport_channel
uvm_tlm_req_rsp_channel继承于uvm_tlm_req_rsp_channel

六、TLM2通信

TLM2强大的传输特性包括： 1）双向的阻塞或者非阻塞接口；2）时间标记；3）统一的数据包。
为了区别与TLM1对于端口类型的称谓，UVM将TLM2.0端口类型称为socket。

七、同步通信元件

uvm_event
1）不同组件可以共享同一个uvm_event，不需要通过跨层次传递uvm_event对象句柄来实现共享（这不符合组件环境封闭的原则），该共享方式是通过uvm_event_pool这一全局资源池来实现。
2）如果要传递数据，用户可以定义扩展于uvm_object的数据子类，并通过uvm_event::trigger(T data=null)来传递数据对象。在等待uvm_event一侧的组件则需要通过uvm_event::wait_trigger_data(output T data)来获取该对象。
3）用户可以扩展uvm_event_callback类，定义uvm_event被trigger前后的调用方法pre_trigger()和post_trigger()。pre_trigger()要有返回值，如果返回值为1，则不会继续向下执行。
4）如果无法确定在等待事件之前，事件是否已经被trigger，那么还可通过wait_ptrigger()和wait_ptrigger_data()来完成等待。
5）组件之间的常规数据流向是通过TLM通信方法实现的。对于uvm_object和uvm_component之间或者uvm_object之间的同步可以借助uvm_event实现。
uvm_barrier
👉对多个组件进行同步协调，uvm_barrier可以设置一定的等待阈值xx.set_threshod(2)，当有不少于该阈值的进程在等待该对象xx.wait_for()时才会触发该事件，同时激活所有正在等待的进程，使其可以继续进行。
uvm_callback
类的复用除了通过继承还可以通过回调函数实现。
1）为了保证调用uvm_callback的组件类型T与uvm_callback类型CB保持匹配，可通过宏声明uvm_register_cb(T, CB)来实现。
2）uvm_callback建立了回调函数执行的层次性，不再是在T中直接调用某个回调函数，而是通过宏uvm_do_callback(T, CB, METHOD)来声明。
3）在执行回调方法时，依赖的是已经例化的uvm_callback对象。

class env1 extends uvm_env;
  comp1 c1;
  cb1 m_cb1;
  cb2 m_cb2;
  ...
  function void build_phase(uvm_phase phase);
    super.build_phase(phase);
    c1 = comp1::type_id::create("c1", this);
    uvm_callback #(comp1)::add(c1, m_cb1);
    uvm_callback #(comp2)::add(c1, m_cb2);
  endfunction
endclass