SystemVerilog学习笔记（十）：进程/细粒度进程控制

进程

进程或线程是作为独立实体执行的任何代码片段。fork-join块创建并行运行的不同线程。在下面的图-1中，可以看到进程的类型和进程控制。

序号进程描述
1.fork-join只有所有子线程执行完毕时，父线程才会执行。
2.fork-join_any只有任何一个子线程执行完毕时，父线程才会执行。
3.fork-join_none父线程与子线程并行执行。
4.wait fork使父线程等待所有子线程执行完毕。
5.disable fork当执行disable fork时，会终止所有子线程的执行。
6.细粒度进程控制这些用于控制进程，并提供进程/线程的状态。

 进程或线程

有3种类型的线程/进程

  1. fork-join
  2. fork-join_any
  3. fork-join_none 

fork-join

SystemVerilog通过fork-join结构支持并行线程。在fork-join进程中，只有当所有子线程完成执行时，父线程才会执行。

语法：-

fork  线程1  线程2  线程3
join

代码片段：-

$display("[%0t] Thread_T1: a的值为%0d，b的值为%0d，c的值为%0d，d的值为%0d",$time,a,b,c,d);fork:FORK_F1  begin:BEGIN_B2  #1 a <= b;  b <= 7;  $monitor("[%0t] Thread-T2: a的值为%0d，b的值为%0d，c的值为%0d，d的值为%0d",$time,a,b,c,d);  #1 ->e1;  c = b;  end:BEGIN_B2  begin:BEGIN_B3  wait(e1.triggered);  $display("[%0t] 事件已触发",$time);  begin:BEGIN_B4  #1 d = c;  end:BEGIN_B4  end:BEGIN_B3  join:FORK_F1 $display("[%0t] Thread_T3: a的值为%0d，b的值为%0d，c的值为%0d，d的值为%0d",$time,a,b,c,d);

输出：
在图-2中，我们可以看到Thread_T1首先在#0模拟时间执行，但是Thread_T3将在所有子线程执行完毕后才执行，子线程将根据时间延迟执行。

fork_join_output

在图-3中，可以清楚地了解关于fork-join代码的整个工作方式，以及与时间表区域相关的调度原理。

  • 变量的取样将在提前的区域中完成。
  • 所有阻塞赋值将在活动区域执行，所有非阻塞赋值将在活动区域中评估。
  • 事件将在活动区域执行。
  • $display语句将在活动区域执行。
  • 所有#0延迟语句将在非活动区域中执行。
  • 评估的非阻塞赋值将在NBA区域中执行。
  • $monitor语句将在推迟的区域中执行。

fork_join (1)

fork-join_any

当任何一个子线程完成执行时，父线程将执行。这意味着如果fork-join_any块中有2个或更多线程，并且每个线程需要不同的时间完成。在这种情况下，无论哪个线程先完成，fork-join_any都将退出该块，并开始执行模拟中的下一个父线程/语句。这并不意味着剩余的子线程将被模拟自动丢弃。这些线程将在后台运行。

语法：-

fork  Thread 1  Thread 2  Thread 3  
join_any

代码片段：-

$display("[%0t] Thread_T1: Starting of fork_join_any",$time);a = "Kapu";
c = "Malpe";fork:FORK_F1  begin:BEGIN_B2  #0 $display("[%0t] Thread_T2: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);  begin:BEGIN_B3  b <= a;  #1 $display("[%0t] Thread_T3: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);  end:BEGIN_B3  end:BEGIN_B2  fork:FORK_F2  begin:BEGIN_B4  #3 -> e1;  $display("[%0t] Thread_T4: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);  end:BEGIN_B4  join:FORK_F2  join_any:FORK_F1#1 $display("[%0t] Thread_T5: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);begin:BEGIN_B5wait(e1.triggered);d = "Kodi";$monitor("[%0t] Thread_T6: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);
end:BEGIN_B5

输出：-
在下图中，我们可以看到父线程Thread_T1在＃0处执行，子线程Thread_T3在＃1处执行，然后只有父线程Thread_T5将在＃2处执行。

Untitled Diagram drawio (23)

fork join_any

fork-join_none

父线程与子线程并行执行。这意味着在fork-join_none外部的线程不会等待fork-join_none内部的任何线程完成，它们只是并行执行。这并不意味着模拟会自动丢弃其余的子线程。这些线程将在后台运行。

语法：-

fork Thread 1  Thread 2  Thread 3  
join_none

代码片段：-

$display("[%0t] Thread_T1: Starting of fork_join_none",$time);a = "Kapu";
c = "Malpe";fork:FORK_F1  begin:BEGIN_B2  #1 $display("[%0t] Thread_T2: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);      b <= a;  #1 $display("[%0t] Thread_T3: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);  end:BEGIN_B2  fork:FORK_F2  #1 -> e1;  $display("[%0t] Thread_T4: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);  join:FORK_F2  join_none:FORK_F1#1 $display("[%0t] Thread_T5: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);wait(e1.triggered);
d = "Kodi";$monitor("[%0t] Thread_T6: Values of a =%0s,b =%0s,c =%0s,d =%0s",$time,a,b,c,d);

输出：在下图中，在＃0处执行父线程Thread_T1和子线程Thread_T4，然后在＃1处同时执行父线程Thread_T5和子线程Thread_T2，以此类推。

Untitled Diagram drawio (28)

fork_join_none

进程控制

System Verilog提供了允许一个进程终止或等待其他进程完成的构造。

  1. wait fork
  2. disable fork
  3. 细粒度进程控制

wait fork

wait fork语句用于确保所有子进程（由调用进程创建的进程）都已完成执行。它将等待直到所有fork进程完成执行。

代码片段：-

#1 $display("[%0t] Thread_T1: values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);fork:FORK_F1  #2 b <= "Delta";  #0 $display("[%0t] Thread_T2: values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  begin:BEGIN_B2  #1 -> e1;  c = "Hoode";  #1 $display("[%0t] Thread_T3: values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  end:BEGIN_B2  fork:FORK_F2  wait(e1.triggered);  #2 $display("[%0t] Thread_T4: values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  join:FORK_F2  #1 $display("[%0t] Thread_T5: values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  join_none:FORK_F1  wait fork;  
#0 $monitor("[%0t] Thread_T6: values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);

输出：-

在下图中，我们看到在＃1处，父线程Thread_T1将被执行，并且有一个#0语句将在非活动区域中工作，语句将在相应区域中执行。尽管我们使用了fork-join_none，但$monitor语句将等待所有子线程被执行。

wait_fork

disable fork

执行disable fork时，所有活动的进程都将被终止。

代码片段：-

#0 $display("[%0t] Thread_T1: Values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);fork:FORK_F1  #3 b <= "Delta";  #4 $display("[%0t] Thread_T2: Values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  begin:BEGIN_B2  #1 -> e1;  c = "Hoode";  #1 $display("[%0t] Thread_T3: Values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  end:BEGIN_B2  fork:FORK_F2  @(e1.triggered);  #1 $display("[%0t] Thread_T4: Values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  join:FORK_F2  #1 $display("[%0t] Thread_T5: Values of a = %0s,b = %0s,c = %0s",$time,a,b,c);  join_any:FORK_F1  disable fork;  
#1 $display("[%0t] Thread_T6: ending of fork-join",$time);

输出：-

在下图中，在＃0处，我们正在等待事件被触发，＃0语句将在活动区域中执行，因为它是$display语句。 在＃1处，它正在触发事件e1，并且一个子线程Thread_T5将被执行，然后由于使用了fork-join_any，它将转到父线程并触发disable fork语句，然后所有剩余的子线程将被终止。

细粒度进程控制 

SystemVerilog有一个内置的名为Process的类，允许一个进程（例如，像fork_join）访问和控制进程/线程。当我们分叉出任何线程时，会在那时创建Process类的新对象。该对象包含有关该线程的状态信息。

Untitled Diagram drawio (5)

序号任务描述
1.self()用于创建进程的ID/对象。
2.status()用于返回当前线程的模式。
3.kill()用于终止线程。
4.await()用于等待当前线程完成其他线程。
5.suspend()用于暂停线程一段时间。
6.resume()用于从暂停状态恢复线程。

self()

它为Process类创建对象/ID。该对象用于访问Process类的所有预定义方法。对象包含所有线程的状态信息。

语法：-

process p_handle1,p_handle2;  
initial begin p_handle1 = process :: self();  p_handle2 = process :: self(); 
end

代码片段：-

fork:FORK_F1  $display("[%0t] Entered into fork-join and started first check for the process",$time);  #1 ->e1;  begin:BEGIN_B2  wait(e1.triggered);  if(p1 == null)  $display("[%0t] Not created",$time);  else  $display("[%0t] Created",$time);  ->e3;  #1 ->e2;  end:BEGIN_B2  #2 p1 = process :: self();  begin:BEGIN_B3  wait(e2.triggered);$display("[%0t] Started second check for the process",$time);  if(p1 == null)$display("[%0t] Not created",$time);else$display("[%0t] Created",$time);->e4;end:BEGIN_B3fork:FORK_F2begin:BEGIN_B4wait(e3.triggered);$display("[%0t] first check for the process done",$time);end:BEGIN_B4begin:BEGIN_B5wait(e4.triggered);$display("[%0t] Second check for the process done",$time);end:BEGIN_B5join:FORK_F2join:FORK_F1

在上面的代码片段中，您可以看到在＃0模拟时间时声明了进程类的句柄。在下面的图中，

  • 在＃1模拟时间时，我们正在检查是否创建了对象p1，然后它显示“未创建”。
  • 在＃2模拟时间时，我们为进程p1创建一个对象。
  • 在＃3模拟时间时，我们检查对象p1，显示“已创建”。

fine_self_output

fork join_any _self _kill-Page-2 drawio (3)

Status()

它将显示进程ID的状态/模式。有不同的模式，如已完成（Finished）、运行中（Running）、等待中（Waiting）、已挂起（Suspended）、已终止（Killed）。

语法：-

process p_handle;
initial beginbegin  p_handle = process :: self();  $display("status : %s",p_handle.status());  end
end

代码片段：-

$display("[%0t] Seeking status:",$time);  fork:FORK_F1  begin:BEGIN_B2  p1 = process :: self();  #1 $display("[%0t] I am in process p1",$time);  $display("[%0t] Initial status of p1: %s",$time,p1.status());  #1 $display("[%0t] Still working in p1",$time);  ->e1;  ->e2;  end:BEGIN_B2  begin:BEGIN_B3  p2 = process :: self();  wait(e2.triggered);  #1 $display("[%0t] I am in process p2",$time);  $display("[%0t] Initial status of p2: %s",$time,p2.status());  $display("[%0t] Still working in p2",$time);  ->e3;  end:BEGIN_B3  begin:BEGIN_B4  wait(e1.triggered);  $display("[%0t] Final status of p1: %s",$time,p1.status());  end:BEGIN_B4  begin:BEGIN_B5  wait(e3.triggered);  $display("[%0t] Final status of p2: %s",$time,p2.status());  end:BEGIN_B5  fork:FORK_F2  p3 = process :: self();  #1 $display("[%0t] I am in process p3",$time);  #1 $display("[%0t] status of p3: %s",$time,p3.status());  #1 ->e4;  join:FORK_F2  join_any:FORK_F1  wait(e4.triggered);  
#1 $display("[%0t] Final status of p3: %s",$time,p3.status());

在下图中，

  • 您可以看到一些字符串是大写的，这些是进程p1和p2的状态。
  • 在不同的模拟时间，进程/线程的状态将根据它们的执行而改变。

    fine_status_output

status drawio (1)

kill()

kill()函数终止进程及其所有子进程。如果进程没有被阻塞（由于等待语句、延迟或等待事件触发），则它将在当前时间戳被终止。

语法：-

Process p_handle1; 
initial begin fork p_handle1 = process :: self();  p_handle1.kill(); join_any  
end

代码片段：-

$display("[%0t] Seeking status:",$time);fork:FORK_F1  begin:BEGIN_B2  p1 = process :: self();  #1 $display("[%0t] I am in process p1",$time);  $display("[%0t] Initial status check of p1: %s",$time,p1.status);  ->e1;  if(p1.status() != process :: FINISHED)  p1.kill();  $display("hi i am working");  $display("what about you?");  end:BEGIN_B2  begin:BEGIN_B3  wait(e1.triggered);  #1 $display("[%0t] Status of p1 before killing: %s",$time,p1.status());  end:BEGIN_B3  join:FORK_F1

在上述代码片段中，您可以看到在＃0模拟时间时创建了进程p1的进程类对象。 在下图中，

  • 在＃1模拟时间时，进程p1的状态为RUNNING。
  • 在使用kill()方法后的＃2模拟时间时，进程p1的状态为KILLED。

fine_kill_output

fork join_any _self _kill-Page-3 drawio

await()

这种方法用于允许一个进程等待另一个进程/线程完成。

语法：-

Process p_handle1,p_handle2;  
initial begin  fork beginp_handle1 = process :: self(); p_handle2.await(); end begin p_handle2 = process :: self();endjoin 
end

代码片段：-

在上述代码片段中，我们试图使进程p1等待直到进程p2完成。 在下面的图8中，您可以看到：

  • 在＃1模拟时间之前使用await()方法之前，p1的状态为RUNNING。
  • 在使用await()方法后的＃2模拟时间时，p1的状态为WAITING。
  • 一旦p2的状态为FINISHED，则p1的状态也为FINISHED。

fine_await_output

await drawio

suspend()

这个方法用于暂停进程/线程的执行。它可以暂停自己或其他进程的执行。执行将暂停，直到遇到resume()方法。 如果进程没有被阻塞（由于等待语句、延迟或等待事件触发），则它将在当前时间戳被暂停。

语法：-

Process p_handle1;  
initial begin  fork beginp_handle1 = process :: self();p_handle1.suspend();  endjoin_none 
end

代码片段：-

在上述代码片段中，我们试图使进程p1永久暂停。 在下面的图10中，您可以看到：

  • 在#1模拟时间之前，暂停p1的状态为RUNNING。
  • 在#3模拟时间之后，暂停p1的状态为SUSPENDED。

fine_suspend_output

Untitled Diagram drawio (5)

resume()

这个方法用于重新启动被暂停的进程。如果暂停的进程在被阻塞时（由于等待语句、延迟或等待事件触发），则恢复该进程将重新初始化到事件表达式或等待条件为真，或等待延迟到期。

语法：-

Process p_handle1,p_handle2;
initial begin fork  begin  p_handle1 = process :: self();  p_handle1.suspend();  end  begin p_handle2 = process :: self();p_handle1.resume();  end  join_none  
end

代码片段：-

$display("[%0t] Seeking status:",$time);  fork:FORK_F1  begin:BEGIN_B2  p1 = process :: self();  #1 $display("[%0t] I am in process p1",$time);  $display("[%0t] Initial status of p1: %s",$time,p1.status());  ->e1;  if(p1.status() != process :: FINISHED)  begin:BEGIN_B3  #1 $display("[%0t] Status of p1 before suspending: %s",$time,p1.status());  p1.suspend();  $display("[%0t] Status of p2 in p1 block: %s",$time,p2.status());  end:BEGIN_B3  end:BEGIN_B2  begin:BEGIN_B4  wait(e2.triggered);  $display("[%0t] Status of p1 before resuming: %s",$time,p1.status());  p1.resume();  #1 $display("[%0t] Status of p1 after resuming: %s",$time,p1.status());  ->e3;  end:BEGIN_B4  begin:BEGIN_B6  p2 = process :: self();  #1 $display("[%0t] I am in process p2",$time);  $display("[%0t] Initial status of p2: %s",$time,p2.status());  if(p1.status() == process :: SUSPENDED)  #1 ->e2;  end:BEGIN_B6  begin:BEGIN_B7  wait(e3.triggered);  #1 $display("[%0t] Final status of p1: %s",$time,p1.status());  $display("[%0t] Final status of p2: %s",$time,p2.status());  end:BEGIN_B7  join:FORK_F1

在上述代码片段中，我们试图在进程p2中恢复进程p1。 在下面的图12中，您可以看到：

  • 在#1模拟时间时，p1的状态为RUNNING。
  • 在使用resume()方法之前的#2模拟时间时，p1的状态为SUSPENDED。
  • 在使用resume()方法后的#3模拟时间时，p1的状态为FINISHED。

fine_resume_output

resume drawio

进程常见问题 

  • fork_join、fork_join_any 和 fork_join_none 之间的区别
fork_joinfork_join_anyfok_join_none
在 fork_join 中，主（父）线程在 fork_join 中的所有线程（子线程）执行完毕后才会执行在 fork_join_any 中，如果任何一个子线程执行，则主（父）线程执行在 fork_join_none 中，子线程和主（父）线程同时执行
  • 我们可以在 fork_join 中使用 wait_fork 吗？

我们知道，在 fork_join 中，仅当 fork_join 中的所有线程执行完毕时，主线程才会执行，因此不需要使用 wait_fork。 我们可以在 fork_join_any 或 fork_join_none 语句后使用 wait fork，以等待 fork-join_any 或 fork_join_none 中的所有线程完成。 因此，在 fork_join 中不需要 wait_fork。

  • 阻塞和非阻塞赋值的区别
阻塞非阻塞
在阻塞赋值中，一条语句执行完毕后，下一条语句将执行，即右侧表达式的第一个表达式被评估并立即分配给左侧变量在非阻塞赋值中，对当前时间单位的所有右侧表达式进行评估，并在时间单位结束时分配给左侧变量
由 " = " 表示由 " <= " 表示
它按顺序执行它并行执行
阻塞用于组合逻辑非阻塞用于时序逻辑
  • wait event 和 @ event 之间的区别

如果我们在相同的延迟下触发 wait 和 @，那么 wait 语句会被执行，因为 wait 捕获速度比 @ 快。

  • 我们可以使用不同延迟执行 wait 和 @ 吗？
module tb;    event e;  initial begin  #20 ->e;  $display($time,"thread1");  end  initial   begin  #25 @e;  $display($time,"thread2");  end  initial   begin  #15 wait(e.triggered);  $display($time,"thread3");  end 
endmodule

在上面的例子中，我们可以看到事件、wait 和 @ 的延迟是不同的。我们还可以看到这里 @ 的延迟大于事件的延迟，而 wait 的延迟小于事件的延迟，所以这里只有 wait 语句与事件的延迟一起执行。因此，在下面的图中，我们可以看到线程 1 和线程 3 使用相同的延迟（#20）执行。

Untitled Diagram drawio (7)

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概述 在现代应用中&#xff0c;人脸检测是一项非常重要的技术&#xff0c;广泛应用于安全监控、身份验证等领域。本文将详细介绍如何使用 Python 和 OpenCV 库实现摄像头人脸检测并截图&#xff0c;并通过具体的代码示例来展示整个过程。 环境准备 在开始编写代码之前&#…
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Ubuntu中使用纯命令行进行Android开发

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安装JDK sudo apt install openjdk-8-jdk注意本文采用jdk1.8&#xff0c;因为后文设置的android版本太低。 安装Android命令行工具和SDK&#xff08;不可用&#xff09;&#xff1a; 访问https://developer.android.google.cn/studio&#xff0c;拉到最底下&#xff0c;找到…
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2023年高校大数据挑战赛A题中文文本纠错求解全过程文档及程序

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2023年高校大数据挑战赛 A题 中文文本纠错 原题再现&#xff1a; 中文文本纠错的任务主要是针对中文文本中出现的错误进行检测和纠正&#xff0c;属于人工智能自然语言处理的研究子方向。中文文本纠错通常使用的场景有政务公文、裁判文书、新闻出版等&#xff0c;中文文本纠错…
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Python基础学习-07不可重复的set集合

Python基础学习-07不可重复的set集合

目录 1、set的定义 2、set的基本操作 3、set的函数 4、嵌套和解析 5、本节总结 1、set的定义 • set的属性 1&#xff09;无序不重复元素集 2&#xff09;不支持索引、切片、嵌套 3&#xff09;主要用于关系测试和消除重复元素 4&#xff09;支持&#x…
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