SV基础知识---功能覆盖率 覆盖组、数据采样（语言部分）

一、覆盖组详解

• 覆盖组与类相似，一次定义后便可以进行多次实例化。它含有覆盖点、选项、形式参数和可选触发。一个覆盖组包含了一个或者多个数据点，全都在同一时间采集。
• 覆盖组可以定义在类里面，也可以定义在程序或模块层次上，它可以采样任何可见的变量或者信号。
• 在SV中，覆盖组应该定义在适当的抽象层次上，这个层次可以在测试平台和设计的边界上，在读写数据的总线交换单元中，在环境配置类里或者任何需要的地方。
• 对任何事务的采样都必须等到数据被待测设计收到以后，如果在事务中间注入一个错误，导致数据传输失败，那么就需要改变功能覆盖中对这种情况的处理方式。
• 一个类里可以包含多个覆盖组，每个组可以有单独的触发，可以从多个源头收集数据。
• 一个覆盖组必须实例化后才可以用来收集数据。
   

1、在类里定义覆盖组

覆盖组可以在程序、模块、类中定义，但都要进行明确地实例化后才可以采样。

类里的功能覆盖率

class Transactor;
	Transaction tr;
	mailbox mbx_in;
	
	covergroup CovPort;    //定义了一个名为 CovPort 的covergroup（覆盖组）
		coverpoint tr.port;  
                  //覆盖组里至少有一个覆盖点，不然采样谁？
                  // tr.port 采样句柄里软件的变量,和数值，若没列举数值，则采样所有合法数值
	endgroup
 
	function new(mailbox mbx_in);
		CovPort = new();	         //覆盖组例化	
		this.mbx_in = mbx_in;
	endfunction
 
	task main;
		forever begin
			tr = mbx_in.get();		//获取下一个事务
			ifc.cb.port <= tr.port;	//发送到待测设计中
			ifc.cb.data <= tr.data;
			CovPort.sample();  //发生采样，收集覆盖率  CovPort：这里相当于实例名称，不是类名
		end
	endtask
endclass

二、覆盖组的触发 [下面三个例子陆科没讲，自行看绿皮书]

• 功能覆盖率的两个主要部分是采样的数据和数据被采样的时刻/事件。当这些新数据都准备好了以后，测试平台便会触发覆盖组。可以直接使用sample函数来完成。
• 如果想在程序代码中显式地触发覆盖组，可以使用sample方法。
• 如果要借助已有的事件或信号来触发覆盖组，可以在covergroup声明中使用阻塞语句。
   

1、使用回调函数进行采样

使用回调函数可以在决定数据采集的位置和时间。

使用功能覆盖率回调函数的测试

program automatic test;
	Environment env;
 
	initial begin
		Driver_cbs_coverage dcc;		//把回调基类Driver_cbs扩展成Driver_cbs_coverage
		env = new();
		env.gen_cfg();
		env.build();
		//创建并登记覆盖率回调函数
		dcc = new();
		env.drv.cbs.push_back(dcc);		//放进驱动器的队列中
		env.run();
		env.wrap_up();
	end
endprogram

用于测试功能覆盖率的回调函数

class Driver_cbs_coverage extends Driver_cbs;
	covergroup CovPort;
		...
	endgroup
 
	virtual task post_tx(Transaction tr);
		CovPort.sample();		//采样覆盖率数值
	endtask
endclass

2、使用事件触发的覆盖组

与直接调用sample方法相比，使用事件触发的好处在于能够借助已有的事件进行采样。

带触发的覆盖组

event trans_ready;		//覆盖组CovPort在测试平台触发trans_ready事件时进行采样
covergroup CovPort @(trans_ready);
	coverpoint ifc.cb.port;		//测量覆盖率
endgroup

3、使用SV断言进行触发

带SV断言的模块

module mem(simple_bus sb);
	bit[7:0] data, addr;
	event write_event;
	
	cover property
		(@(postedge sb.clock) sb.write_ena == 1)
		-> write_event;
endmodule

使用SVA触发覆盖组

program automatic test(simple_bus sb);
	
	covergroup Write_cg @($root.top.m1.write_event);
		coverpoint $root.top.m1.data;
		coverpoint $root.top.m1.addr;
	endgroup
	
	Write_cg wcg;
 
	intitle begin
		wcg = new();
		//在此处添加激励
		sb.write_ena <= 1;
		...
		# 10000 $finish;
	end
endprogram

三、数据采样

• 关于覆盖率信息的收集，在覆盖点上指定一个变量或表达式时，SV便会创建很多的“仓(bin)”来记录每个数值被捕捉到的次数。
• 这些仓是衡量功能覆盖率的基本单位。采样一个单比特变量，最多会有两个仓被创建。
• 每次覆盖组被触发，SV都会在一个或者多个仓里留下标记。
• 在每次仿真的末尾，所有带有标记的仓会被汇聚到一个新创建的数据库中。最后利用分析工具进行分析并生成覆盖率报告。
   

1、个体仓和总体覆盖率

• 为了计算出一个点上的覆盖率，首先必须确定所有可能数值的个数，这也被称为域。
• 一个仓中可能有一个或多个值，覆盖率就是采样值的数目除以bin的数目。例如一个3比特变量覆盖点的域是0:7，正常情况下SV会自动分配8个bin【每个bin分别对应一个变量可能值，用于记录采样此值的次数】，仿真过程中如果有7个仓的值被采样到【不管采样多少次，最后只采样到7个值】，那么覆盖率为7/8或者87.5%，所有这些点组合在一起便构成了一个组的覆盖率，而所有组组合在一起就可以得到整个仿真数据库的覆盖率。
   

2、自动创建仓

SV会自动为覆盖点创建仓，它通过被采样的表达式的域来确定可能值得范围。对于一个位宽为N的表达式，有2^N个可能值。

3、限制自动创建仓的数目

覆盖组选项auto_bin_max指明了自动创建仓的最大数目，缺省值是64。值域超过指定的最大值，SV会把值域范围平分到auto_bin_max个仓中。

实际操作中，自动创建bin方法不实用，建议自定义仓或减少auto_bin_max的数值。

使用auto_bin_max并把仓数设置成2

covergroup CovPort;
	coverpoint tr.port
		{options.auto_bin_max = 2;}
endgroup

覆盖率报告：

在所有覆盖点中使用auto_bin_max 

covergroup CovPort;
	options.auto_bin_max = 2;		//影响port和data
	coverpoint tr.port;
	coverpoint tr.data;
endgroup

4、对表达式进行采样

在覆盖点里使用表达式

class Transaction;
	rand bit[2:0] hdr_len;			//范围0-7
	rand bit[3:0] payload_len;		//范围0-15
	rand bit[3:0] kind;			//范围0-15
	...
endclass
 
Transaction tr;
 
covergroup CovLen;
	len16 : coverpoint(tr.hdr_len + tr.payload_len);
	len32 : coverpoint(tr.hdr_len + tr.payload_len + 5'b0);		//带有额外常量哑元的表达式，可以计算达到5比特精度，从而把自动生成的最大仓数扩大到32。
endgroup

5、使用用户自定义的仓发现漏洞

自动生成的仓适用于匿名数值，如计数值、地址值或2的幂值，而对于其他数值，应该明确对仓命名。SV会自动为枚举类型的仓命名。

为事务长度定义仓

covergroup CovLen;
	len : coverpoint(tr.hdr_len + tr.payload_len + 5'b0);	
		{bins len[] = {[0:23]};}
endgroup

覆盖率报告：

从图中可以看到长度为23，即十六进制17的一项没有出现过，最长的头是7，最长的负载是15。0-7一共有八种情况，用3bit来表示，0-15一共有16种情况，用4bit来表示。所以总共是7+15=22，而不是23！，我们应该在仓的声明中改成{bins len[] = {[0:22]};}才对。

6、命名覆盖点的仓

当自定义仓时，SV不再自动创建仓，而且会忽略掉那些不被事先定义的仓所涵盖的数值，计算功能覆盖率时只会使用创建的仓。

指定仓名

//对一个4比特变量kind进行采样
covergroup CovKind;
	coverpoint tr.kind{
		bins zero = {0};		//一个仓zero，对kind采样值为0进行计数
		bins lo = {[1:3],5};	//lo仓代表1:3和5的值
		bins hi[] = {[8:$]};	//数组仓：8个独立的仓8-15，分别保存
		bins misc = default;	//一个仓用来保存没有被选中的值
		}
endgroup

 7、条件覆盖率

使用关键字iff可以覆盖点添加条件。

条件覆盖——复位期间禁止

covergroup CoverPort;
	//当reset=1时不要收集覆盖率数据
	coverpoint port iff(!bus_if.reset);
endgroup

也可以使用start和stop函数来控制覆盖组里各个独立的实例

initial begin
	CovPort ck = new();		//实例化覆盖组
	//复位期间停止收集覆盖率数据
	# 1ns ck.stop();        //关闭采样
	bus_if.reset = 1;
	# 100ns bus_if.reset = 0;
	ck.start();             //开始采样
	...
end

8、为枚举类型创建仓

对于枚举类型，SV会为每个可能值创建一个仓。

枚举类型的功能覆盖率

typedef enum{INIT,DECODE,IDLE} fsmstate_e;
fsmstate_e pstate, nstate;
covergroup cg_fsm;
	coverpoint pstate;
endgroup

9、翻转覆盖率

• 覆盖点可以用来记录变量A值到B值跳转情况
• 还可以确定任何长度覆盖点的翻转次数

covergroup CoverPort;
	coverpoint port{
		bins t1 = (0 => 1), (0 => 2), (0 => 3);
		}
endgroup

使用范围表达式可以快速地确定多个翻转过程，(1,2 => 3,4)创建了四个翻转过程，分别是(1 => 3),(1 => 4),(2 => 3),(2 => 4)。

10、在状态和翻转中使用通配符

可以使用关键字wildcard来创建多个状态或翻转。在表达式中，任何X、Z或?都会被当成0或1的通配符。

用在覆盖点仓中的通配符

bit[2:0] port;
covergroup CoverPort;
	coverpoint port{
		wildcard bins even = {3'b?? 0};
		wildcard bins odd = {3'b?? 1};
		}

11、忽略数值

使用ignore_bins排除掉不用来计算功能覆盖率的数值

bit[2:0] low_ports_0_5;		//只使用数值0-5
covergroup CoverPort;
	coverpoint low_ports_0_5{
		ignore_bins hi = {[6,7]};		//忽略掉6,7两个仓
		}
endgroup

12、不合法的仓

使用illegal_bins对仓进行标识，可以捕捉到那些被错误检查程序遗漏掉的状态

bit[2:0] low_ports_0_5;		//只使用数值0-5
covergroup CoverPort;
	coverpoint low_ports_0_5{
		illegal_bins hi = {[6,7]};		//如果出现6,7两个仓就会报错
		}
endgroup

13、状态机的覆盖率

如果在状态机上使用了覆盖组，那么就可以使用仓来列出特定的状态和翻转轨迹，使用代码覆盖率工具可以自动提取状态寄存器、状态以及翻转轨迹。