Property使用

1. 介绍

• 结合sequence（序列）对时序和逻辑的描述，property（属性）可以用来描述合计的确切行为；
• property可以在验证中用来做assumption，checker或者coverage；
  • 当使用assert关键词时，可以用作checker来检查设计是否遵循property的描述；
  • 当使用assum关键词时，可以作为环境的假设条件，对于仿真环境和形式验证均起到对激励进行假设的作用；
  • 当使用cover关键词时，可以将property是否真正通过作为断言覆盖率来衡量；
• property可以在module、interface、clocking块或者package中声明；
• property也可以同sequence一样具备形式参数；

  property rule(x, y);
  	##1 x |-> y;
  endproperty
  1
  2
  3

2. 时钟声明

• 一般对于sequence或者property，默认情况下，在使用同一个时钟来对数据做采样，但是也不排除多个时钟的采样情况；

  	@(posedge clk0) sig0 ##1 @(posedge clk1) sig1
  1

• 如果一个sequence或者property需要声明多个时钟来做数据采样，可以使用##1结合第二个时钟沿采样；

• 只能使用##1来表示与第一个时钟（clk0）沿紧密相连的下一个时钟（clk1）沿；

• seqauence操作符号例如and、or、intersect等无法被使用在多时钟sequence；

• 以下的多时钟sequence声明均是非法的；

  	@(posedge clk0) sig0 ##0 @(posedge clk1) sig1
  	@(posedge clk0) sig0 ##2 @(posedge clk1) sig1
  	@(posedge clk0) sig0 intersect @(posedge clk1) sig1
  1
  2
  3

• property中的and、or、not则可以用在多时钟的property声明中，因为它们仅代表逻辑运算，并不参与sequence之间的时序关系；

• 可以在sequence中独立指定时钟：

  sequence s2;	@(posedge clk) a ##2b;	endsequence
  property p2;	not s2;	endproperty
  assert property(p2);
  1
  2
  3

• 可以在property中独立指定时钟：

  property p3;	@(posedge clk) not (a ##2 b);	endproperty
  assert property(p3);
  1
  2

• 在过程块中，可以继承过程块的时钟：

  always @(posedge clk) assert property(not (a ##2 b));
  1

• 在时钟块，也可以继承时钟块的时钟：

  clocking master_clk @(posedge clk);
  	property p3;	not (a ##2 b);	endproperty
  endclocking
  assert property(master_clk.p3);
  1
  2
  3
  4

• 断言的时钟由一下条件的优先级逐级判定：

  • 显示声明断言时钟
  • 继承断言所嵌入环境的时钟
  • 继承默认的时钟

• 对于多时钟的断言，必须显式声明时钟，无法继承或者使用默认时钟；

• 如果是多时钟断言，也无法嵌套入由时钟驱动的过程块语句；

  always @(clk) assert property(mult_clock_prop);  // illegal
  initial @(clk) assert property(mult_clock_prop);  // illegal
  1
  2

• 多时钟断言，也无法嵌套入时钟块；

3. 绑定

• 断言可以嵌入到设计中，也可以在设计外部定义，断言不可综合；
• 嵌入到设计中，可以存在无法综合的问题，需要同时考虑添加编译定向（compiler directive）；
• 在设计外部定义，不用担心综合问题；
• bind方法可以满足在设计外部定义断言，而将其绑定到设计内部或者接口上面；
• 使用方法：bind design_block_or_instance_name block_with_assertions
• bind可以将包含断言的模块与设计模块或者实例进行绑定，既可以满足对设计内部信号的可视性，又能够满足断言模块的独立性；
• 使用绑定的优势在于，无法修改原有设计代码，也无需添加检测信号，既可以实现断言的添加；

  interface range(input clk, enable, input int minval, expr);
  	property crange_en;
  		@(posedge clk) enable |-> (minval <= expr);  // 小于等于
  	endproperty
  	range_chk: assert property(crange_en);
  endinterface
  
  bind cr_unit range r1(c_clk, c_en, v_low, (in1&&in2));
  // cr_unit是模块名
  // range是接口
  // r1是interface的实例，括号中的参数（信号）都来自于design，也就是model的端口信号或者内部信号
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11

• 在tb中例化interface，与dut做连接，这和bind方法一样都需要例化；
  • 不同的是，在例化dut的时候要把端口连上，如果想看到dut内部信号就得tb.层次1.层次2.信号名；
  • 在用bind绑定模块和interface的时候，默认能够看到interface里面边界以及内部信号，这里的内部信号不包含内部层次以下的信号；
  • interface的例化实在tb中；
  • bind的例化最终实在模块内部，也就是dut内部；

4. expect语句

• 之前的assert、assume和cover都是非组合的方式，即它们本身并不会阻塞后续的语句，但是expect是一种阻塞的property使用方式；
• expect的语法同assert一致，不过他会等待property执行通过，才会执行后续的语句；
• 简单来看，可以使用wait语句的地方，就可以使用expect语句；

  initial begin
  	#200ms;
  	expect(@(posedge clk) 1 ##1 b ##1 c)
  		else $error("expect failed");
  	ABC: ... 
  end
  1
  2
  3
  4
  5
  6

• 仿真在200ms开始，如果在连续的3个周期，可以一次看到a = 1， b = 1， c = 1，那么expect语句就会通过，否则会出现运行错误；
• 当我们期望一些特定时序的时候，作为阻塞条件，我们则可以使用property的这种方式，来将其嵌入到过程语句块中；
• a ##1 b ##1 c，这种写法相当于一个sequence；
• a |=> b |=> c，这种写法与上面的功能一样，但是相当于多个sequence；
• 和assert语句的调用方式类似，它也可以使用在function和task中，同时在可以引用静态变量或者动态变量；

  integer data;
  ...
  task automatic wait_for(integer value, output bit success);
  	expect(@(posedge clk) ##[1:10] data == value) success = 1;
  		else success = 0;
  endtask
  
  initial begin
  	bit ok;
  	wait_for(23, ok);  // wait for value 23
  end
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11