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前言

UVM（Universal Verification Methodology）是一种广泛应用于硬件验证领域的标准方法学，旨在提高验证流程的可重用性和可扩展性。UVM 提供了一套预定义的类和方法，用于创建模块化、可重用的验证环境。

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一、UVM 核心组件详解

UVM（Universal Verification Methodology）是一种广泛应用于硬件验证领域的标准方法学，旨在提高验证流程的可重用性和可扩展性。UVM 提供了一套预定义的类和方法，用于创建模块化、可重用的验证环境。以下是一些核心组件及其作用和相互关系的详细介绍：

1. uvm_component

uvm_component 是 UVM 中所有组件的基类，如 uvm_driver、uvm_monitor、uvm_agent、uvm_scoreboard 等。它支持层次结构、相位机制和报告机制。

• 层次结构：每个 uvm_component 实例都是 UVM 树形结构的节点，可以有多个子节点。
• 相位机制：组件可以参与 UVM 的相位机制，组织仿真过程中的不同阶段，如构建、连接、运行和清理。
• 报告机制：组件可以使用 UVM 的消息基础设施报告事件、警告和错误。

定义示例：

class my_component extends uvm_component;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);// 构建组件endfunctionvirtual function void connect_phase(uvm_phase phase);// 连接组件endfunction
endclass

2. uvm_object

uvm_object 是 UVM 中所有对象的基类，提供了字段自动化机制和身份鉴别方法。

• 字段自动化：提供 print、copy、pack 等方法。
• 身份鉴别：提供 get_name、get_type_name、get_full_name 等方法。

定义示例：

class my_object extends uvm_object;function new(string name = "my_object");super.new(name);endfunctionvirtual function void do_print(uvm_printer printer);// 自定义打印方法endfunction
endclass

3. uvm_driver

uvm_driver 负责将事务驱动到 DUT（Design Under Test）的接口上。它通常从 uvm_sequencer 获取事务，并将其转换为 DUT 可以理解的信号。

定义示例：

class my_driver extends uvm_driver #(my_transaction);virtual my_interface vif;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual task run_phase(uvm_phase phase);forever beginseq_item_port.get_next_item(req);// 对 req 进行处理，发送事务到 DUTvif.signal = req.data;seq_item_port.item_done();endendtask
endclass

4. uvm_monitor

uvm_monitor 负责监视 DUT 的接口，并将事务捕获到事务对象中。它通常将捕获的事务发送到 uvm_scoreboard 或其他组件进行进一步处理。

定义示例：

class my_monitor extends uvm_monitor;uvm_analysis_port #(my_transaction) item_collected_port;virtual my_interface vif;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);item_collected_port = new("item_collected_port", this);endfunctionvirtual task run_phase(uvm_phase phase);forever begin// 监视 DUT 的接口并捕获事务my_transaction trans = my_transaction::type_id::create("trans");trans.data = vif.signal;item_collected_port.write(trans);endendtask
endclass

5. uvm_agent

uvm_agent 是一个组合组件，通常包含一个 uvm_driver、一个 uvm_monitor 和一个 uvm_sequencer。它负责管理这些组件的交互，提供一个完整的验证接口。

定义示例：

class my_agent extends uvm_agent;my_driver m_driver;my_sequencer m_sequencer;my_monitor m_monitor;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);m_driver = my_driver::type_id::create("m_driver", this);m_sequencer = my_sequencer::type_id::create("m_sequencer", this);m_monitor = my_monitor::type_id::create("m_monitor", this);endfunctionvirtual function void connect_phase(uvm_phase phase);m_driver.seq_item_port.connect(m_sequencer.seq_item_export);endfunction
endclass

6. uvm_sequencer

uvm_sequencer 负责管理事务的生成和发送。它从 uvm_sequence 获取事务，并将其发送到 uvm_driver。

定义示例：

class my_sequencer extends uvm_sequencer #(my_transaction);function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunction
endclass

7. uvm_sequence

uvm_sequence 用于生成事务序列。它可以生成单个事务或多个事务的序列，并将它们发送到 uvm_sequencer。

定义示例：

class my_sequence extends uvm_sequence #(my_transaction);function new(string name = "my_sequence");super.new(name);endfunctionvirtual task body();`uvm_info(get_type_name(), "Executing my_sequence", UVM_LOW)// 创建和发送事务my_transaction trans = my_transaction::type_id::create("trans");start_item(trans);trans.randomize();finish_item(trans);endtask
endclass

8. uvm_sequence_item

uvm_sequence_item 是所有事务的基类。它定义了事务的基本结构和方法，可以被 uvm_sequence 和 uvm_driver 使用。

定义示例：

class my_transaction extends uvm_sequence_item;rand int data;
function new(string name = "my_transaction");super.new(name);endfunction
virtual function void do_print(uvm_printer printer);printer.print_field_int("data", data, $bits(data));endfunction
endclass

9. uvm_scoreboard

uvm_scoreboard 用于验证 DUT 的行为是否正确。它通常接收来自 uvm_monitor 的事务，并进行比较和验证。

定义示例：

class my_scoreboard extends uvm_scoreboard;uvm_analysis_imp #(my_transaction, my_scoreboard) item_collected_export;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);item_collected_export = new("item_collected_export", this);endfunctionvirtual function void write(my_transaction t);// 处理接收到的事务`uvm_info(get_type_name(), "Received transaction", UVM_LOW)endfunction
endclass

10. uvm_env

uvm_env 是验证环境的顶层组件，通常包含多个 uvm_agent、uvm_scoreboard 和其他组件。它负责管理整个验证环境的构建和运行。

定义示例：

class my_env extends uvm_env;my_agent m_agent;my_scoreboard m_scoreboard;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);m_agent = my_agent::type_id::create("m_agent", this);m_scoreboard = my_scoreboard::type_id::create("m_scoreboard", this);endfunctionvirtual function void connect_phase(uvm_phase phase);// 连接 agent 和 scoreboardm_agent.m_monitor.item_collected_port.connect(m_scoreboard.item_collected_export);endfunction
endclass

11. uvm_test

uvm_test 是测试用例的顶层组件，通常包含一个 uvm_env 和多个 uvm_sequence。它负责启动验证过程，并管理测试的运行。

定义示例：

class my_test extends uvm_test;my_env m_env;
function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunction
virtual function void build_phase(uvm_phase phase);m_env = my_env::type_id::create("m_env", this);endfunction
virtual task run_phase(uvm_phase phase);my_sequence seq = my_sequence::type_id::create("seq");phase.raise_objection(this);seq.start(m_env.m_agent.m_sequencer);phase.drop_objection(this);endtask
endclass

二、相互关系

• uvm_test：作为测试的入口点，创建和配置 uvm_env 和 uvm_sequence。
• uvm_env：管理验证环境中的多个 uvm_agent、uvm_scoreboard 和其他组件。
• uvm_agent：包含 uvm_driver、uvm_monitor 和 uvm_sequencer，负责驱动和监视 DUT 的接口。
• uvm_driver：从 uvm_sequencer 获取事务并驱动到 DUT。
• uvm_monitor：监视 DUT 的接口并捕获事务，发送到 uvm_scoreboard。
• uvm_sequencer：管理事务的生成和发送，从 uvm_sequence 获取事务。
• uvm_sequence：生成事务序列，发送到 uvm_sequencer。
• uvm_sequence_item：定义事务的基本结构和方法。
• uvm_scoreboard：验证 DUT 的行为是否正确，接收来自 uvm_monitor 的事务。

相互关系

1. uvm_test：
   ○ 包含 uvm_env：管理验证环境。
   ○ 包含 uvm_sequence：管理测试序列。
   ○ 启动验证过程：通过 run_phase 方法启动测试。
2. uvm_env：
   ○ 包含多个 uvm_agent：管理多个验证接口。
   ○ 包含 uvm_scoreboard：验证 DUT 的行为。
   ○ 配置组件间通信：通过 connect_phase 方法连接组件。
3. uvm_agent：
   ○ 包含 uvm_driver：驱动事务到 DUT。
   ○ 包含 uvm_monitor：监视 DUT 的接口。
   ○ 包含 uvm_sequencer：管理事务序列。
   ○ 连接组件：通过 connect_phase 方法连接 uvm_driver 和 uvm_sequencer。
4. uvm_driver：
   ○ 从 uvm_sequencer 获取事务：通过 seq_item_port 获取事务。
   ○ 驱动事务到 DUT：将事务转换为 DUT 可以理解的信号。
   5. uvm_monitor：
   ○ 监视 DUT 的接口：捕获 DUT 的信号并转换为事务对象。
   ○ 发送事务：将捕获的事务发送到 uvm_scoreboard 或其他组件。
5. uvm_sequencer：
   ○ 从 uvm_sequence 获取事务：通过 start_item 和 finish_item 方法获取事务。
   ○ 发送事务到 uvm_driver：通过 seq_item_port 发送事务。
6. uvm_sequence：
   ○ 生成事务序列：通过 start_item 和 finish_item 方法生成事务。
   ○ 发送事务到 uvm_sequencer：通过 start 方法启动序列。
7. uvm_sequence_item：
   ○ 定义事务结构：提供事务的基本字段和方法。
   ○ 支持字段自动化：提供 print、copy、pack 等方法。
8. uvm_scoreboard：
   ○ 接收事务：通过 uvm_analysis_port 接收事务。
   ○ 比较和验证：比较接收到的事务和参考模型的数据，判断 DUT 是否正确工作。
9. uvm_object：
   ○ 字段自动化：提供 print、copy、pack 等方法。
   ○ 身份鉴别：提供 get_name、get_type_name、get_full_name 等方法。

三、综合示例

以下是一个综合示例，展示了如何使用这些核心组件构建一个简单的验证环境：

// my_transaction.sv
class my_transaction extends uvm_object;rand int data;rand bit [31:0] address;function new(string name = "my_transaction");super.new(name);endfunctionconstraint c_data { data > 0; }constraint c_address { address < 1024; }virtual function void do_print(uvm_printer printer);super.do_print(printer);printer.print_field_int("data", data, $bits(data));printer.print_field_int("address", address, $bits(address));endfunction
endclass

// my_driver.sv
class my_driver extends uvm_driver#(my_transaction);virtual my_if vif;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);if (!uvm_config_db#(virtual my_if)::get(this, "", "vif", vif))`uvm_fatal("NOVIF", "Cannot get virtual interface")endfunctionvirtual task run_phase(uvm_phase phase);forever beginseq_item_port.get_next_item(req);vif.data = req.data;vif.address = req.address;seq_item_port.item_done();endendtask
endclass

// my_monitor.sv
class my_monitor extends uvm_monitor;virtual my_if vif;uvm_analysis_port#(my_transaction) analysis_port;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);analysis_port = new("analysis_port", this);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);if (!uvm_config_db#(virtual my_if)::get(this, "", "vif", vif))`uvm_fatal("NOVIF", "Cannot get virtual interface")endfunctionvirtual task run_phase(uvm_phase phase);forever beginmy_transaction trans = new();trans.data = vif.data;trans.address = vif.address;analysis_port.write(trans);endendtask
endclass

// my_sequencer.sv
class my_sequencer extends uvm_sequencer#(my_transaction);function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunction
endclass

// my_agent.sv
class my_agent extends uvm_agent;my_driver driver;my_monitor monitor;my_sequencer sequencer;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);driver = my_driver::type_id::create("driver", this);monitor = my_monitor::type_id::create("monitor", this);sequencer = my_sequencer::type_id::create("sequencer", this);endfunctionvirtual function void connect_phase(uvm_phase phase);super.connect_phase(phase);driver.seq_item_port.connect(sequencer.seq_item_export);endfunction
endclass

// my_scoreboard.sv
class my_scoreboard extends uvm_scoreboard;uvm_tlm_fifo#(my_transaction) exp_fifo;uvm_tlm_fifo#(my_transaction) act_fifo;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);exp_fifo = new("exp_fifo", this);act_fifo = new("act_fifo", this);endfunctionvirtual task run_phase(uvm_phase phase);my_transaction exp_trans, act_trans;forever beginexp_fifo.get(exp_trans);act_fifo.get(act_trans);if (exp_trans != act_trans) begin`uvm_error("SB", "Transaction mismatch")endendendtask
endclass

// my_env.sv
class my_env extends uvm_env;my_agent agent;my_scoreboard scoreboard;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);agent = my_agent::type_id::create("agent", this);scoreboard = my_scoreboard::type_id::create("scoreboard", this);endfunctionvirtual function void connect_phase(uvm_phase phase);super.connect_phase(phase);agent.monitor.analysis_port.connect(scoreboard.exp_fifo.analysis_export);endfunction
endclass

// my_test.sv
class my_test extends uvm_test;my_env env;function new(string name, uvm_component parent);super.new(name, parent);endfunctionvirtual function void build_phase(uvm_phase phase);super.build_phase(phase);env = my_env::type_id::create("env", this);endfunctionvirtual task run_phase(uvm_phase phase);my_sequence seq = my_sequence::type_id::create("seq");seq.start(env.agent.sequencer);endtask
endclass