UVM入门与进阶学习笔记10——构建验证环境的内经

本文介绍了UVM环境中环境构建的四大核心要素：单元组件的自闭性、回归创建、通信端口连接与顶层配置。详细阐述了如何通过这些要素构建高效、可复用的验证环境，并探讨了环境元素的分类及其作用。

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环境构建的四要素

在发送测试序列前，首先需要创建一个结构化的环境，将环境建立的核心要素拆解，可分为四个部分：单元组件的自闭性、回归创建、通信端口连接、顶层配置。

自闭性指的是单元组件自身可以成为独立行为、不依赖于其它并行的组件。
例如driver同sequencer之间，虽然driver需获取sequencer的transaction item，但它本身可以独立例化，而它们之间的通信也是基于TLM端对端的连接实现的。
这种单元组件的自闭性为之后的组件复用提供了良好的基础。
各个子环境也可以独立集成于顶层环境，互相也不需要额外的通信连接。

通过回归创建这种方式，上一级的组件在例化自身(执行new()函数)之后，会执行各个phase阶段，通过build_phase可以进一步创建子组件，而这些子组件也通过一样的过程去创建下一级组件。

回归创建之所以可以实现，要依赖于自顶向下执行顺序的build_phase。通过build_phase这种结构化的执行顺序可以保证父组件必先于子组件创建，而创建过程还包括：
- 在定义成员变量时赋予默认值，或者在new()函数赋予初始值。
- 结构配置变量用来决定组件的条件生成，如uvm_agent依靠is_active变量判断是否需要例化uvm_sequencer和uvm_driver。
- 模式配置变量用来决定各个子组件的工作模式。
- 子组件按照自顶向下、从前到后的顺序依次生成。

完成整个环境创建以后，各个组件会通过通信端口的连接进行数据通信，常见的端口通信用途包括：
- driver的端口连接到sequencer，并且对sequencer采取blocking pull的形式获取transaction item。
- monitor的端口连接到scoreboard内部的analysis fifo，将监测的数据写入其中。

由于单元组件的自闭性，UVM结构不建议通过引用子环境句柄，继而索引更深层次的变量进行顶层配置，因此会增加顶层环境同子环境的粘性，无法做到更好的分离。
所以更好的方式是通过配置化对象，作为绑定于顶层环境的部分传递到子环境，而子环境的各个组件又可以从结构化配置对象中获取自身的配置参数，从而在build_phase、connect_phase以及run_phase中决定它们的结构和运行模式。
顶层配置对象可以在子环境没有例化时就将其配置到将来会创建的子环境当中，无需考虑顶层配置对象会先于子环境生成，这也为UVM验证结构提供安全的配置方式：
- 无论在哪一层使用配置，应尽量将所有配置都置于子组件创建之前，保证配置已经完成。
- 配置的作用域应只关注当前层次及以下，而不涉及更高的层次。
- 配置的对象结构应尽量独立，最好同环境结构一样形成一个树状结构。这样独立的配置对象会对应独立的子环境，如果将独立的配置合并为一个树状顶层配置结构，那么顶层配置对象更便于使用和维护。
- 由于config_db的配置特性使得高层的配置会覆盖底层的配置，这也使得在uvm_test层次做出的配置可以控制整体的结构和模式。
  注：变量配置部分放在test层次

将uvm_test层作为比uvm_env更高的层次绘制出来，是因为uvm_test层会有一些配置的部分传递给子环境。包括构成环境的组件uvm_component在内，环境元素可分为以下部分：

一般变量用于对象内部的操作，或者为外部访问提供状态值。
结构变量用来决定内部子组件是否需要创建和连接，例如顶层的is_active变量即用作该目的。
模式变量用来控制组件的行为，例如driver变量经过模式配置，可以在run_phase做出不同的激励行为。
对于结构变量和模式变量，一般由int或enum类型定义，可以在uvm_test层通过uvm_config_db的配置方法直接设置，也可以通过结构化的配置对象进行系统配置。对于复杂的验证环境，配置对象的方式会容易操作和维护。

环境必须创建的组件称为固定组件，例如agent中的monitor无论对于active模式或passive模式都需要创建，又或者顶层环境中的scoreboard，也需创建来比较数据。
条件组件是通过结构变量的配置来决定是否需要创建，例如sequencer和driver只允许在active模式下创建。
引用组件是内部声明一个类型句柄，同时通过自顶向下的句柄传递，使该句柄可指向外部的一个对象。例如在uvm_test一层首先例化了一个寄存器模型rgm(固定组件)，其后将该模型的句柄通过配置传递到reg_env层中的rgm句柄(引用组件)。利用引用组件的方式，使环境各个层次在需要时都可以共享一个组件。

在某一层中首先会创建一个对象，称为自生对象。
对象传递过程中经过克隆生成一个成员数值相同的对象，称为克隆对象。
如果对象经过端口传递到达另一个组件，该组件对其未经过克隆而直接进行操作的话，称为引用对象的操作。
例如在virtual sequence会生成送往reg_master_agent和reg_slave_agent的transaction item，分别是mst_t和slv_t，这些连续发送的mst_t和slv_t通过uvm_sequencer，最终到达uvm_driver。
uvm_driver拿到这些transaction对象之后，如果首先进行克隆，而后利用克隆数据对象进行激励是一种方式；uvm_driver也可以不克隆数据对象而直接对这些对象(引用对象)进行操作。对克隆后的对象操作，改变的数值不会影响原先的自生对象属性；而如果在引用对象上进行操作，那么也会修改自生对象的数据。