SystemVerilog——fork...join并发结构

本文介绍Verilog中的fork...join结构,用于实现并发进程控制。详细解释了三种并发方式:fork...join、fork...join_any及fork...join_none的区别与应用场景,并通过实例说明如何使用这些结构。

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1.fork…join

fork…join能够启动产生多个并发进程,如图1所示,fork…join块可以指定一个或多个语句块,每一个语句块都应该作为并发进程执行。

图1 for...join并发进程

 

fork...join的结构语法如下:

fork
 code_block_1;
 code_block_2;
 ...
 code_block_n;
join/join_any/join_none

 

fork…join内的每个语句块称为子进程,执行这段fork…join代码的称为父进程。

2.三种并发方式

Verilog中的fork…join将执行fork语句的进程,并阻塞父进程的执行,直到fork…join中的所有进程(子进程)中止,通过加入 join_any和join_none关键字,SystemVerilog提供了三种选择来指定父进程何时恢复执行。

fork…join 结构中,父进程会被阻塞直到所有的子进程结束;join_any结构中,父进程会被阻塞直到其中任意一个子进程结束; join_none父进程会立即与产生的所有进程并发执行。如图2所示。

图2 三种并发类型

 

下面的例子采用了fork…join结构。目标地址为接口d的发包进程只有在其他三个目标地址为a/b/c的发包进程结束后才可以运行。假如采用fork…join_any结构,目标地址为d的发包进程将会在三个接口中的其中一个发包进程结束后立即运行。最后,若采用fork·join_none结构,所有四个发包进程将同时运行。
 

fork
 send packet( interface_a);
 send _packet( interface_b);
 send_packet( interface_c);
join
send_packet( interface_d ) ;

在定义一个fork…join块的时候,将整个子进程封装在一个begin…end块中会将整个块作为单个进程执行,其中每条语句顺序地执行。
 

fork
 begin
 statement1;// 一个带有2条语句的子进程
 statement2 ;
 end
join

 

 

### SystemVerilog 中 `fork...join` 并发启动多个永久运行的线程 在 SystemVerilog 中,`fork...join_none` 是一种常用的结构并发启动多个永久运行的任务或线程。这种机制允许程序并行化操作,并且不会阻塞后续代码的执行。 以下是具体实现方式: #### 语法说明 - **`fork...join_none`**: 启动一组线程后立即继续执行主线程中的其他语句[^1]。 - **`forever`**: 创建无限循环,使得每个线程持续运行直到仿真结束或者显式终止。 - **`@()` 或者 `wait()`**: 控制线程的行为,在特定事件发生时触发动作。 #### 示例代码 下面是一个典型的例子,展示如何通过 `fork...join_none` 并发启动多个永远运行的线程: ```systemverilog program test_fork_join; initial begin fork forever begin @(posedge clk); task_0(0); // 调用任务 task_0 end forever begin @(posedge clk); task_1(1); // 调用任务 task_1 end join_none $display("Main thread continues executing..."); // 主线程可以在此处完成其他初始化或其他逻辑 end task automatic task_0(int id); $display($time, " Task %0d is running", id); endtask : task_0 task automatic task_1(int id); $display($time, " Task %0d is running", id); endtask : task_1 endprogram ``` 在这个示例中: - 每个 `forever` 循环代表一个独立的线程。 - 当检测到时钟信号 `clk` 的正跳变 (`@(posedge clk)`) 时,相应的任务会被调用。 - `join_none` 表明这些线程会一直运行下去而不会阻止主流程的进一步执行。 #### 关于资源分配与性能优化 对于实际工程应用来说,合理配置硬件资源非常重要。如果目标平台支持多核处理器,则可以通过调整软件架构充分利用计算能力。例如,按照公式 *线程数=((线程等待时间+线程CPU时间)/线程CPU时间)* 来估算最优线程数量[^3]。 另外需要注意的是,虽然上述方法适用于大多数场景下的模拟环境测试,但在真实 FPGA/ASIC 设计过程中可能还需要考虑额外因素比如功耗预算以及面积利用率等问题。
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