SV学习（3）——接口interface、modport、时钟块clocking
SV学习（3）——接口interface、modport、时钟块clocking
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1. 接口interface
SV引入了一个重要的数据类型：interface。主要作用有两个，一是简化模块之间的连接；二是实现类和模块之间的通信。
使用接口使得连接更加简洁而不易出差，如果需要在一个接口中放入一个新的信号，就只需要在接口定义和实际使用这个接口的模块中做对应的修改，而不需要改变其他模块。接口不可以例化，但是可以使用接口的指针，找到接口的实例，然后再找接口实例中的信号。
接口使用方法：
- 在interface的端口列表只需要定义时钟、复位等公共信号，或者不定义任何端口信号，转而在变量列表中定义各个需要跟DUT和TB连接的logic变量。
- interface可以用参数化方式提高复用性（parameter）
- 对于有对应interface的DUT和TB，在其例化的时候，也只需要传递匹配的interface变量名即可完成interface的变量传递
由于接口即可以在硬件上（module）使用，又可以在软件上（class）使用，interface作为SV中唯一的硬件和软件环境的媒介交互，modport可以进一步限定信号传输的方向，避免端口连接的错误。
接口中使用task和function：
- 接口可以包含task和function，也可以在接口外部或者内部
- 如果task和function定义在模块中，使用层次结构名称，它们必须在接口中声明为extern或在modport中声明为export
- 多个模块的任务名不可以重复
下面举两个接口的例子：
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使用interface接口的一位全加器
`timescale 1ns / 1ns interface if_port (input bit clk); // 声明接口 logic a, b, cin, sum, cout; // 声明所有的连接线 clocking cp @ (posedge clk); // 声明在同一个时钟变化下，连接线的方向 output a, b, cin; endclocking clocking cn @ (negedge clk); // 下降沿出发 input a, b ,cin, sum, cout; endclocking modport simulus (clocking cp); // 声明端口的输入输出 modport adder (input a, b, cin, output cout, sum); modport monitor (clocking cn); endinterface module simulus (if_port.simulus port); // 使用接口的激励模块 always @ (port.cp) begin port.cp.a <= $random() % 2; port.cp.b <= $random() % 2; port.cp.cin <= $random() % 2; end endmodule: simulus module adder (if_port.adder port); // 一位加法器 // assign {port.cout, port.sum} = {port.a + port.b + port.cin}; // 好久没写代码，犯了这样的错 assign {port.cout, port.sum} = port.a + port.b + port.cin; endmodule: adder module monitor (if_port.monitor mon); // 检测模块，在时钟的下降沿打印结果 always @ (mon.cn) begin $display ("%d + %d + %d = %d %d", mon.cn.a, mon.cn.b, mon.cn.cin, mon.cn.cout, mon.cn.sum, $time); end endmodule module top ( ); timeunit 1ns; timeprecision 1ns; bit clk = 0;; if_port port (clk); // 实例化所有模块，并连接接口 simulus sim (port.simulus); adder add (port.adder); monitor mon (port.monitor); always #10 clk = ~clk; endmodule
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使用interface接口的读存储器
// interface_example interface membus ( // 声明接口 input logic clk ); // port和module的port一样，用于top的 // 声明用于内部模块例化的连接 logic mrdy ; logic wen ; logic ren ; logic [ 7: 0] addr ; logic [ 7: 0] c2m_data; logic [ 7: 0] m2c_data; wor status ; // 对于确定了方向的可以在interface的port里面声明，如clk， // 而对于随着模块不同、方向不同的用logic先声明，然后再用modport指明具体方向 task reply_read ( input logic [ 7: 0] data, integer delay ); #delay; @ (negedge clk) mrdy = 1'b0; m2c_data = data; // slave回复数据 @ (negedge clk) mrdy = 1'b1; endtask task read_memory ( input logic [ 7: 0] raddr , output logic [ 7: 0] data ); @ (posedge clk); ren = 1'b0; addr = raddr; // master申请读数据 @ (negedge mrdy); @ (posedge clk); data = m2c_data; // master得到数据 ren = 1'b1; endtask // 在接口中使用modport，将信号分组并指定方向 modport master ( output wen, ren, addr, c2m_data, status, input mrdy, m2c_data, import read_memory ); modport slave ( input wen, ren, addr, c2m_data, status, output mrdy, m2c_data, import reply_read ); endinterface /* *************** mem_core *************** */ module mem_core (membus.slave mb); // 用salve接口声明 logic [ 7: 0] mem [ 255: 0]; initial begin for (int i = 0; i < 256; i++) mem[i] = i; end assign mb.status = 1'b0; always @ (negedge mb.ren) mb.reply_read (mem[mb.addr], 100); endmodule /* *************** cpu_core *************** */ module cpu_core (membus.master mb); // 用master接口声明 assign mb.status = 1'b0; initial begin logic [ 7: 0] read_data; mb.read_memory (8'b0001_0000, read_data); $display ("Read Result", $time, read_data); end endmodule /* *************** top *************** */ module top (); wor status; // wor：当有多个驱动源驱动wor型数据时，将产生线或结构 logic clk = 1'b0; membus mb (clk); // mem_core mem (mb.slave); mem_core mem (mb); cpu_core cpu (mb.master); initial begin for (int i = 0; i <= 255; i++) #1 clk = ~clk; end endmodule
关于interface的使用，大概知道了怎么用，接口中端口的调用没问题，比如在顶层top中实例化mem模块和cpu模块，这俩的端口连接可以用接口实现，在interface接口中，把端口的变量名声明好，再用modport将信号分组并指定输入输出方向；
但是具体的细节不太了解，比如在接口中定义了任务，如何在各自的模块中调用任务，看别人博客说是要添加export声明，但是我却用了import解决了，不懂，但是成了
2. modport
使用modport将接口中的信号分组
实现一个简单的仲裁器接口，并在仲裁器中使用接口，
// 简单接口
interface arb_if (input bit clk);
logic [1:0] grant, request;
logic rst;
endinterface
// 仲裁器
module arb (arb_if arbif);
...
always @(posedge arbif.clk or posedge arbif.rst) begin
if (arbif.rst == 1'b1)
arbif.grant <= 2'b00;
else
arbif.grant <= next_grant;
end
...
endmodule
// 测试平台
module test (arb_if arbif);
...
initial begin
...
@(posedge arbif.clk);
arbif.request <= 2'b01;
$display ("@%0t: Drove req = 01", $time);
repeat (2) @(posedge arbif.clk);
if (arbif.grant != 2'b01)
$display ("@%0t: a1: grant != 2'b01", $time);
$finish;
end
...
endmodule
// 顶层
module top;
bit clk;
always #5 clk = ~clk;
arb_if arbif(clk);
arb a1(arbif);
test t1(arbif);
endmodule
上面arb在接口中使用了点对点的无信号方向的连接方式；
下面在接口中使用modport结构能将信号分组并指定方向；
// 使用mofport的接口
interface arb_if (input bit clk);
logic [1:0] grant, request;
logic rst;
modport TEST (output request, rst,
input grant, clk);
modport DUT (input request, rst, clk,
output grant);
modport MONITOR (input request, grant, rst, clk);
endinterface
// 仲裁器
module arb (arb_if.DUT arbif);
...
endmodule
// 测试平台
module test (arb_if.TEST arbif);
...
endmodule
// 顶层
module top;
bit clk;
always #5 clk = ~clk;
arb_if arbif(clk);
arb a1(arbif);
test t1(arbif);
endmodule
两种顶层模块是一样的，因为modpoer在模块首部指明，在模块例化时就不需要指明；
在接口中不能例化模块，但是可以例化其他接口
3. 时钟块clocking
3.1. 驱动和采用的竞争问题
在RTL设计中，在同一个时间片内，可能会有一个信号同时被读取和写入，那么读取到的数据有可能会是旧数值也有可能是新数值，用非阻塞赋值 <= 就可以解决这个问题。但是在测试程序中，不能确保采集到DUT产生的最新值；
接口块可以使用时钟块来指定同步信号相对于时钟的时序。
在时钟上升沿采样信号，只看vld信号（1->0）就会疑惑采样到的是1还是0，在RTL仿真时，是看不到真实的物理时序信息的，但实际采样到的是1；真实电路对应的时vld_actual信号，它的变化会较clk有一个detal-cycle的延迟，这样看在时钟上升沿采集到的是1。
我们可以人为的设置加大delay，这样看波形的时候就会显示vld_actual的，让待采样数据的沿变不和时钟的沿变在一起。
还有一种方法就是，设置采样vld信号的时间，设置在时钟上升沿之前 #t 采样，这样采出来的数据也是准确的；
同样也可以设置信号输出时间，设置在时钟上升沿之后 #t 输出，这样输出的数据也是准确的；
就类似与模拟建立保存时间，在时序上在波形上，看到肉眼可见的延迟。
