随机约束

简介

随着设计变得越来越大，要产生一个完整的激励来测试设计的功能也变得越来越困难。
定向激励的测试方法早已经无法满足检查功能完整性的要求。SoC的集成度提高带来的模块之间交互的复杂度也是指数攀升，这就使得verifier无法预测接下来用户使用过程中会发生什么样的状况。

随机-约束，两个词组合在一起就构成了目前动态仿真验证的主流方法。随机约束测试(CRT，Constrained-Random Test)即能够产生你感兴趣的、你想不到的的测试向量，通过回归测试、替换随机种子的方式来提高单位测试用例的覆盖率收集效率。

产生随机数

通过系统函数**std: :randomize()**对一些变量即可完成随机化，或者称之为产生随机数并赋予这些变量。

我们还可以通过其它一些与随机数生成有关的系统函数来产生。

• $urandom() ：可以生成一个32位的无符号随机数。

• $urandom_range(maxval, minval=O)：可以生成间与maxval与minval之间的数。

约束

比起任意地生成一些随机数，在面向DUT的随机激励发生过程中，为了符合协议、满足测试需求，我们还需要添加一些约束，限制随机数在符合设计需求的要求下进行随机。

类的成员变量均可声明为"随机"属性，用rand或者randc来表示。

修饰符rand和randc

对于rand修饰符，表示在可生成的范围内，每个值的可能性是相同的。

对于randc修饰符，它的值将会随机并且遍历其可取值范围。

randc bit [1:0] y ;
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随机变量

任何类中的整型(bit/byte/int)变量都可以声明为rand/randc。

定长数组、动态数组、关联数组和队列都可以声明为rand/randc，可以对动态数组和队列的长度加以约束。

rand bit [7:0] len;
rand integer data[];
constraint db{ data.size == len;}
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指向对象的句柄成员，也可以声明为rand，但是不能被声明为randc，随机时该句柄指向对象中的随机变量也会—并被随机。

非组合型结构体可以声明为rand，非组合型的成员可以声明为rand/randc。

约束块

有用的激励不仅仅是随机值，变量之间也有着相互关系。没有约束的随机变量会包含许多无效的和非法的值，这会使得有效激励的产生变得低效。需要用包含一个或多个约束表达式的约束块定义这些相互关系。

成员集合

约束块支持整形通过set操作符来设置它们的可取值范围。

rand integer x,y, z;
constraint c1 {x inside {3,5，[9:15]，[24:32]，[y:2*y]，z};}

rand integer a, b, c ;
constraint c2 { a inside {b, c};}

integer fives[4]= '{ 5，10,15,20 };
rand integer v;
constraint c3 { v inside { fives };}
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权重分布

除了成员集合设置，约束块也支持设置可取值的同时也为其设置随机时的权重。
对于:=操作符，表示每一个值的权重是相同的。

x在100 ,101,102,200和300的权重是1 - 1 - 1 - 2 - 5。

x dist {[100:102]:= 1,200 := 2,300 :=5}
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对于:/操作符，表示权重会平均分配到每一个值。

x在100,101,102 ,200和300的权重是1/3 -1/3 - 1/3 - 2 - 5。

x dist {[100:102]:/ 1,200 := 2,300 :=5}
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唯一标识

unique可以用来约束一组变量，使得其在随机后变量之间不会有相同的数值。
a[2],a[3],b和excluded在随机化之后将包含不相同的数值。

rand byte a [5];
rand byte b;
rand byte excluded;
constraint u { unique {b, a [2: 3], excluded} ; }
constraint exclusion { excluded == 5; }
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条件约束

可以使用if-else或者->操作符来表示条件约束

mode == little -> len < 10;
mode == big -> len > 100 ;

bit [3:0]a, b;
constraint c {(a == 0) -> (b == 1); }
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迭代约束

foreach可以用来迭代约束数组中的元素，这些数组可以是定长数组、动态数组、关联数组或者队列。

class C;
	rand byte A[]; 
	constraint c1 { foreach (A[i]) A[i] inside
					{2,4,8,16} ; }
	constraint c2 { foreach (A[j]) A[j] > 2 * j; )
endclass
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也可以使用数组的缩减方法做迭代约束。

class c; 
	rand bit [7:0]A[];
	constraint c1 { A.size() == 5; }
	constraint c2 { A.sum()< 1000; }
endclass
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函数调用

有时候在一些表达式中无法简单地来表述约束，例如要计算一个合并数组中的 1 :

function int count_ones ( bit [9:0] w ) ;
	for ( count_ones = 0 ; w != 0; w = w >>1 )
	count_ones += w & 1'b1;
endfunction
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可以在约束块中调用该函数来描述约束:

constraint c1 { length == count_ones ( v ) ; }
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软约束

在没有soft描述时的约束，称为硬约束，而带有soft描述的则是软约束。软约束用来指定变量的默认值和权重。如果用户在使用时，指定了外部约束对同一个变量做二次约束，或者用户定义了子类，也对同一个变量做二次约束时，那么硬约束可以"覆盖”软约束，并宜不会导致随机数产生的失败。

随机方法

在类中声明的随机变量，需要伴随着类句柄调用方法randomize()，这是SV类的内建方法:

virtual function int randomize () ;
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如果随机化成功则会返回1，如果失败则会返回0。

内嵌约束

·在调用类方法randomize()时可以伴随着with来添加额外的约束。

class simplesum ;
	rand bit [7:0]x,y,Z;
	constraint c { z== x+y; }
endclass
task InlineConstraintDemo ( SimpleSum p) ;
	int success;
	success = p.randomize
endtask
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local域指向

之前在使用内嵌约束随机时，对于同名的变量处在不同的域中，可能会出现指向模糊的情况。可以通过local:的域索引方式来明确随机变量的指向，即local::指向的变量会在包含randomize()方法的对象中。

随机控制

rand_mode可以用来使能或者禁止随机变量。当随机数被禁止时，它会同为声明为随机变量的普通变量—样，不会参与到随机化过程当中。
从以下两个函数声明可以看到，可以就单个随机变量调用其rand_mode，或者对整个对象调用rand_mode来控制其中所有的随机变量。

task object [ .random_variable] :: rand _mode ( bit on_off ) ;
function int object.randon_variable ::rand_mode ( ) ;
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约束控制

类似于随机控制，一些约束块或者某个类的约束块集合都可以单个控制或者集体控制。

task object [.constraint_identifier] : :constraint_mode(bit on_off );
function int object.constraint_identifier::constraint_mode() ;
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可以通过约束控制函数来使能或者关闭某些约束块。

内嵌变量控制

在使用类的随机化函数randomize()时，如果伴有参数，那么只会随机化这些变量，而其余变量无论是否之前被声明为rand/randc，都将不会参与到随机化当中。

线程控制

并行线程

.Verilog中与顺序线程begin…end相对的是并行线程fork…join。SV引入了两种新新的创建线程的方法，fork…join_none和fork…join_any.

• fork…join需要所有并行的线程都结束以后才会继续执行。

• fork…join_any则会等到任何一个线程结束以后就继续执行。

• fork…join_none则不会等待其子线程而继续执行。

需要注意的是，fork…join_any和fork…join_none继续)狞信，其—些未完成的子程序仍将在后合运行。如果要等待这些子程序全部完成，或者停止这些子程序，可以使用wait fork或者disable fork。

时序控制

SV可以通过延迟控制或者事件等待来对过程块完成时序控制。延迟控制即通过#来完成。

#10 rega = regb;
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事件(event)控制即通过@来完成。

@r rega = regb;
@(posedge clock) rega = regb;
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wait语句也可以与事件或者表达式结合来完成。

real AOR[];
initial wait(AOR.size( ) > o) ....;
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reference

1. 西电路科验证PPT