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【UVM学习笔记】UVM验证平台的运行—Phase以及objection

news 来源：原创 2025/6/22 22:29:06

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前言
一、phase机制
- 1.1 task phase与function phase
- 1.2 代码执行顺序
- 1.3 super.phase的内容
- 1.4 phase的跳转
二、objection机制
- 2.1 在scoreboard中进行控制
- 2.1 在sequence中进行控制
二、domain机制
总结

前言

该专题用于记录学习UVM芯片验证的过程，主要学习书籍为经典的《UVM实战》，同时也会去进行一些UVM的项目联系。

一、phase机制

1.1 task phase与function phase

UVM中的phase，按照其是否消耗仿真时间的特性，可以分成两大类,一类是function phase，如build_phase、connect_phase等，这些phase都不耗费仿真时间，通过函数来实现；另外一类是task phase，如run_phase等，它们耗费仿真时间，通过任务来实现。
灰色背景所示的是task phase，其他为function phase。

值得注意的是，task phase中，run_phase和pre_reset_phase等12个小的phase并行运行。后者称为动态运行的phase。
分成小的phase是为了实现更加精细化的控制。reset、configure、main、shutdown四个phase是核心，这四个phase通常模拟DUT的正常工作方式，在reset_phase对DUT进行复位、初始化等操作，在configure_phase则进行DUT的配置，DUT的运行主要在main_phase完成，shutdown_phase则是做一些与DUT断电相关的操作。

1.2 代码执行顺序

对于UVM树来说，共有三种顺序可以选择，一是自上而下，二是自下而上，三是随机序。最后一种方式是不受人控制的，在编程当中，这种不受控制的代码越少越好。因此可以选择的无非就是自上而下或者自下而上。
除了build_phase之外，所有不耗费仿真时间的phase(即function phase)都是自下而上执行的。
对于同一层次的、具有兄弟关系的component，其执行顺序是按照字典序的。

1.3 super.phase的内容

对于build_phase来说，uvm_component对其做的最重要的事情就是自动获取通过config_db::set设置的参数。除build_phase外,在写其他phase时,完全可以不必加上super.xxxx_phase语句。

1.4 phase的跳转

phase的跳转是比较高级的功能，假如在验证平台中监测到reset_n信号为低电平,则马上从main_phase跳转到reset_phase。driver的代码如下:

task my_driver::reset_phase(uvm_phase phase);
   phase.raise_objection(this); 
   `uvm_info("driver", "reset phase", UVM_LOW)
   vif.data <= 8'b0;
   vif.valid <= 1'b0;
   while(!vif.rst_n)
      @(posedge vif.clk);
   phase.drop_objection(this); 
endtask

task my_driver::main_phase(uvm_phase phase);
   `uvm_info("driver", "main phase", UVM_LOW)
   fork
      while(1) begin
         seq_item_port.get_next_item(req);
         drive_one_pkt(req);
         seq_item_port.item_done();
      end
      begin
         @(negedge vif.rst_n);
         phase.jump(uvm_reset_phase::get());
      end
   join
endtask

reset_phase主要做一些清理工作,并等待复位完成。main_phase中一旦监测到reset_n为低电平,则马上跳转到reset_phase。

二、objection机制

objection字面的意思就是反对、异议。在验证平台中，可以通过drop_objection来通知系统可以关闭验证平台。当然，在撤销之前首先要raise_objection
如果UVM发现此phase没有提起任何objection,那么将会直接跳转到下一个phase中。
一般来说,在一个实际的验证平台中,通常会在以下两种objection的控制策略中选择一种:

2.1 在scoreboard中进行控制

如果要在scoreboard中控制objection，则需要通过config_db::set的方式设置收集到的transaction的数量pkt_num，当收集到足够数量的transaction后跳出循环：

task my_scoreboard::main_phase(uvm_phase phase); 
	phase.raise_objection(this); 
	fork 
		while (1) begin 
			exp_port.get(get_expect); 
			expect_queue.push_back(get_expect); 
		end 
		for(int i = 0; i < pkt_num; i++) begin 
			act_port.get(get_actual); 
			...  
		end
	join_any 
	phase.drop_objection(this); 
endtask

上述代码中将原本的fork…join语句改为了fork…join_any。当收集到足够的transaction后，第二个进程终结，从而跳出fork…join_any，执行drop_objection语句。

2.1 在sequence中进行控制

当sequence完成后,再撤销此objection。这里就是之前章节的例子：

task my_case0::main_phase(uvm_phase phase);
   phase.raise_objection(this);
   `uvm_info("case0", "main_phase", UVM_LOW)
   #10000;
   phase.drop_objection(this);
endtask

以上两种方式在验证平台中都有应用。其中用得最多的是第二种,这种方式是UVM提倡的方式。UVM的设计哲学就是全部由sequence来控制激励的生成,因此一般情况下只在sequence中控制objection。
但是有一个问题就是：在sequence中，n时刻发送完毕最后一个transaction，如果此时立刻drop_objection，那么最后在n+p时刻DUT输出的包将无法接收到。因此,在sequence中，最后一个包发送完毕后，要延时p时间才能drop_objection，对应的图如下所示：

virtual task body(); 
	if(starting_phase != null) 
		starting_phase.raise_objection(this); 
	repeat (10) begin 
		`uvm_do(m_trans) 
	end 
	#100; 
	if(starting_phase != null) 
		starting_phase.drop_objection(this); 
endtask

还有一种方法就是在最顶层运行下面的代码：

phase.phase_done.set_drain_time(this, 200);

这样在你撤销drop_objection后还会等待一段时间，提高了灵活性。

二、domain机制

在默认情况下，验证平台中所有component都位于一个名字为common_domain的domain中，假设有两个driver，那么两者在每一个phase的运行都是同步的。若要体现出独立性,那么两个部分的reset_phase、configure_phae、main_phase等就不应该同步。此时就应该让其中的一部分从common_domain中独立出来，使其位于不同的domain中。
下面是两个在不同的domain的情况：

domain把两块时钟域隔开，之后两个时钟域内的各个动态运行(run_time)的phase就可以不必同步。注意，这里domain只能隔离run-time的phase，对于其他phase，其实还是同步的。
若将某个component置于某个新的domain中，可以使用如下的方式：

class B extends uvm_component;
   uvm_domain new_domain;
   `uvm_component_utils(B)

   function new(string name, uvm_component parent);
      super.new(name, parent);
      new_domain = new("new_domain");
   endfunction

   virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);
      set_domain(new_domain);
   endfunction

   extern virtual  task reset_phase(uvm_phase phase);
   extern virtual  task post_reset_phase(uvm_phase phase);
   extern virtual  task main_phase(uvm_phase phase);
   extern virtual  task post_main_phase(uvm_phase phase);
endclass

这样B就是单独一个domain了，然后再运行的话会发现两者的运行时间发生了错位。
刚才的A和B分别位于不同的domain中,在此种情况下,phase的跳转将只局限于某一个domain中。

class B extends uvm_component;
   uvm_domain new_domain;
   bit has_jumped;
   `uvm_component_utils(B)

   function new(string name, uvm_component parent);
      super.new(name, parent);
      new_domain = new("new_domain");
      has_jumped = 0;
   endfunction

   virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);
      set_domain(new_domain);
   endfunction

   extern virtual  task reset_phase(uvm_phase phase);
   extern virtual  task main_phase(uvm_phase phase);
endclass

task B::reset_phase(uvm_phase phase);
   phase.raise_objection(this);
   `uvm_info("B", "enter into reset phase", UVM_LOW)
   #100;
   phase.drop_objection(this);
endtask

task B::main_phase(uvm_phase phase);
   phase.raise_objection(this);
   `uvm_info("B", "enter into main phase", UVM_LOW)
   #500;
   if(!has_jumped) begin
      phase.jump(uvm_reset_phase::get());
      has_jumped = 1'b1;
   end
   phase.drop_objection(this);
endtask