上一篇博客主要写了SVA的基本语法(详细),这一篇主要写SVA语法总结,以及如何查看SVA波形等。
断言assertion被放在verilog设计中,方便在仿真时查看异常情况。当异常出现时,断言会报警。一般在数字电路设计中都要加入断言,断言占整个设计的比例应不少于30%。以下是断言的语法:
1. 断言的位置
SVA的插入位置:在一个.v文件或者.sv的文件中:
module ABC ();
rtl 代码
SVA断言
endmodule
如:
module inline(
input logic clk ,
input logic a ,
input logic b ,
input logic [7:0] d1 ,
input logic [7:0] d2 ,
output logic [7:0] d
);
always @(posedge clk)
begin
if(a)
d <= d1;
if(b)
d <= d2;
end
property p_mutex;
@(posedge clk) not (a && b);
endproperty
a_mutex: assert property (p_mutex);
endmodule
注意:不要将SVA写在endmodule外面。
2. 断言格式
断言编写的一般格式是:
【例】断言名称1:assert property(事件1) //没有分号
$display("........",$time); //有分号
else
$display("........",$time); //有分号
断言名称2:assert property(事件2)
$display("........",$time);
else
$display("........",$time);
断言的目的是:断定“事件1”和“事件2”会发生,如果发生了,就记录为pass,如果没发生,就记录为fail。注意:上例中没有if,只有else,断言本身就充当if的作用。在VCS仿真的过程中,默认打印断言失败的情况,上述语句既可以打印断言失败的语句也可以打印断言成功的语句。
上例中,事件1和事件2可以用两种方式来写:
(1) 序列块:
sequence name;
.....................;
endsequence
(2) 属性块:
property name;
.....................;
endsequence
从定义来讲,sequence块用于定义一个事件(砖),而property块用于将事件组织起来,形成更复杂的一个过程(楼)。sequence块的内容不能为空,你写乱字符都行,但不能什么都没有。sequence也可以包含另一个sequence, 如:
sequence s1;
s2(a,b);
endsequence //s1和s2都是sequence块
sequence块和property块都有name,使用assert调用时都是:“assert property(name);”
在SVA中,sequence块一般用来定义组合逻辑断言,而property一般用来定义一个有时间观念的断言,它会常常调用sequence,一些时序操作如“|->”只能用于property就是这个原因。
注:以下介绍的SVA语法,既可以写在sequence中,也可以写在property中,语法是通用的。
3. SVA语法
3.1. 带参数的property、带参数的sequence
property也可以带参数,参数可以是事件或信号,调用时写成:assert property (p1(a,b))
被主sequence调用的从sequence也能带参数,例如从sequence名字叫s2,主sequence名字叫s1:
sequence s1;
s2(a,b);
endsequence
3.2. property内部定义局部变量
内部可以定义局部变量,像正常的程序一样
property p1;
int cnt;
.....................
endproperty
【注】在介绍语法之前,先强调写断言的一般格式:
一般,断言是基于时序逻辑的,单纯进行组合逻辑的断言很少见,因为太费内存(时序逻辑是每个时钟周期判断一次,而组合逻辑却是每个时钟周期内判断多次,内存吃不消)。
因此,写断言的一般规则是: time + event,要断定发生什么event,首先要指定发生event的时间,例如
每个时钟上升沿 + 发生某事
某信号下降时 + 发生某事
3.3. 语法1:信号(或事件)间的“组合逻辑”关系
(1) 常见的有:&&, ||, !, ^
(2) a和b哪个成立都行,但如果都成立,就认为是a成立:firstmatch(a||b),与“||”基本相同,不同点是当a和b都成立时,认为a成立。
(3) a ? b:c —a事件成功后,触发b,a不成功则触发c
3.4. 语法2:在“时序逻辑”中判断独立的一根信号的行为
@ (posedge clk) A事件: —当clk上升沿时,如果发生A事件,断言将报警。
边沿触发内置函数:(假设存在一个信号a)
$rose( a );—信号上升
$fell( a ); —信号下降
$stable( a );—信号值不变
3.5. 语法3:在“时序逻辑”中判断多个事件/信号的行为关系
(1) intersect(a,b) —断定a和b两个事件同时产生,且同时结束。
(2) a within b —断定b事件发生的时间段里包含a事件发生的时间段。
(3) a ##2 b —断定a事件发生后2个单位时间内b事件一定会发生。
a ##[1:3] b —断定a事件发生后1~3个单位时间内b事件一定会发生。
a ##[3:$] b —断定a事件发生后3个周期时间后b事件一定会发生。
(4) c throughout (a ##2 b) —断定在a事件成立到b事件成立的过程中,c事件“一直”成立。
(5) @ (posedge clk) a |-> b —断定clk上升沿后,a事件“开始发生”,同时,b事件发生。
(6) @(posedge clk) a.end |-> b — 断定clk上升沿后,a事件执行了一段时间“结束”后,同时,b事件发生。
注:"a |-> b" 在逻辑上是一个判断句式,即:
if a
b;
else
succeed;
因此,一旦 a 发生,b 必须发生,断言才成功。如果a没发生,走else,同样成功(空成功)。
(7) @ (posedge clk) a |=> b —断定clk上升沿后,a事件开始发生,下一个时钟沿后,b事件开始发生。
(8) @ (posedge clk) a |=>##2b —断定clk上升沿后,a事件开始发生,下三个时钟沿后,b事件开始发生。
(9) @ (posedge clk) $past(a,2) == 1'b1 —断定a信号在2个时钟周期“以前”,其电平值是1。
(10) @ (posedge clk) a [*3] —断定a在连续3个时钟周期内都成立。
@ (posedge clk) a [*1:3] —断定a在连续1~3个时钟周期内都成立。
@ (posedge clk) a [->3] —断定a在非连续的3个时钟周期内都成立。
举一个复杂点的例子:
property ABC;
int tmp;
@(posedge clk) ($rose(a),tmp = b) |-> ##4 (c == (tmp*tmp+1)) ##3 d[*3];
endproperty
a_ABC: assert property(事件2)
上例的一个property说明:当clk上升沿时,断言开始。首先断定信号a由低变高,将此时的信号b的值赋给变量tmp,4个时钟周期后,断定信号c的值是4个周期前b^2+1,再过3个周期,断定信号d一定会起来,再过3个周期,信号d又起来一次,只有这些断定都成功,该句断言成功。否则,信号a从一开始就没起来,则断言也成功。
3.6 语法4:多时钟域联合断言
一句断言可以表示多个时钟域的信号关系,例如:
@(posedge clk1) a |-> ##1 @ (posedge clk2) b
当clk1上升沿时,事件a发生,紧接着如果过来第二个时钟clk2的上升沿,则b发生。“##1”在跨时钟时不表示一个时钟周期,只表示等待最近的一个跨时钟事件。所以此处不能写成##2或其他。但是可以写成:
@ (posedge clk1) a |=> @ (posedge clk2) b
3.7. 语法5:总线的断言函数
总线就是好多根bit线,共同表示一个数。SVA提供了多bit状态一起判断的函数,即总线断言函数:
(1) $onehot(BUS) —BUS中有且仅有1 bit是高,其他是低。
(2) $onehot0(BUS) —BUS中有不超过1 bit是高,也允许全0。
(3) $isunknown(BUS) —BUS中存在高阻态或未知态。
(4) countones(BUS)==n —BUS中有且仅有n bits是高,其他是低。
3.8 语法6:屏蔽不定态
当信号被断言时,如果信号是未复位的不定态,不管怎么断言,都会报告:“断言失败”,为了在不定态不报告问题,在断言时可以屏蔽。
如: @(posedge clk) (q == $past(d)),当未复位时报错,屏蔽方法是将该句改写为:
@(posedge clk) disable iff (!rst_n) (q == $past(d)) //rst是低电平有效
3.9. 语法7:断言覆盖率检测
name: cover property (func_name)
功能覆盖是按照设计规范衡量验证状态的一个标准,它可以分成两类。
a. 协议覆盖
b. 测试计划覆盖
断言可以用来获得有关协议覆盖的穷举信息。SVA提供了关键词“cover”来实现这一功能,cover语句的基本语法如下所示。
<cover_name> : cover property (property_name)
“cover_name”是用户提供的名称,用来标明覆盖语句,“property_name”是用户想获得覆盖信息的属性名。如:
c_mutex : cover property (property_mutex);
cover语句的结果包含下面的信息:
(1)、属性被尝试检验的次数。
(2)、属性成功的次数。
(3)、属性失败的次数。
(4)、属性空成功的次数。
检验器“mutex_clk”在一次模拟中的覆盖日志的实例如下所示。
就像断言(assert)语句一样,覆盖(cover)语句可以有执行块。在一个覆盖成功匹配时,可以调用一个函数(function)或者任务(task),或者更新一个局部变量。
4. 在VCS中加入断言编译和显示功能:
在fsdb文件中加一句话:$fsdbDumpSVA
在VCS编译参数:vcs中加入一些options:
编译选项:
-assert enable_diag\
-assert vpiSeqBeginTime\
-assert vpiSeqFail\
执行选项:
-assert report=路径\
-assert finish_maxfail=100
5.总结
以下是一些编写断言的总结:
1. 断言的目的
传统的验证方法是通过加激励,观察输出。这种方法对案例的依赖严重,案例设计不好,问题不便于暴露。而断言是伴随RTL代码的,不依赖测试案例,而是相对“静态”。例如:我们要测试一个串行数据读写单元,数据线只有一根,先传四位地址,再传数据。
(1)案例验证法:写一个地址,再写一段数据,然后读取该地址,看输出的是不是刚才写的数据。
(2)断言法:不需要专门设计地址和数据,当发起写时,在地址传输的时间里将地址存储到一个变量里,在数据传输的时间里将数据存储到一个变量里,观察RAM中该地址是否存在该数据就可以了。
断言设计相当于在电脑上把RTL实现的功能再实现一遍。
2. 断言中可以包含function和task
function经常用于断言,因为有的处理很复杂,而断言又是“一句式”的,无法分成好几句进行表达,所以需要function替断言分担工作。
3. 断言允许规定同时发生的事件,就是组合逻辑,你可以写成:a&& b,也可以写成 a ##0 b,不能写 ##0.5,不支持小数。
4. 断言是用电脑模仿RTL的运行过程,当RTL功能复杂时,你必须用到变量。断言中支持C语言的int和数组声明,但在赋值时“不能”写成:##4 var = Signal,其中var是断言中的变量,和RTL无关,Signal是RTL中的一个信号。本句是想在第4周期将Signal的值赋给var,以便在后面使用该值。但本句只有变量赋值,没有对RTL信号的任何断言,就会报错,解决方法是:##4 (“废话”,var = Signal),一定要有断言的话我们就写“废话”,例如:data == data 等。如果有多个变量要赋值也可以,##4 (废话,变量1赋值,变量2赋值...........)
5. 关于断言的表达风格:语法介绍的 “a |-> b”,实际上是 “if a, then b”的逻辑,当a不发生,b也不会被判断,该断言自然成功(空成功)。但当我们的逻辑是
if a1
{
if a2
then b
}
该如何用断言表达或许可以写成:“a1 |-> a2 |-> b”,也可以,但常用的表达是:
“a1&& a2 |-> b” 或者 “a1 ##3 a2 |-> b”
6. 关于断言的时序:时序逻辑的断言需要注意的一个问题:
例如:假设当clk上升沿到来时,b<=a。将上述逻辑写成断言时,如果写成“@(posedge clk) b==a”,看起来和 b<=a一样,但实际上是错的。因为当时钟上升时,b还没有得到a的值,a还需要一段保持时间。即,断言中的信号值实际上是时钟沿到来之前的值,而不是时钟沿到来后他们将要编程的值。所以,b<=a逻辑的断言应该是:
“@ (posedge clk) (a==a, tmp=a) |=> (b==tmp);”
针对上述几点,举一个复杂的例子:
断言wr的功能是检查串行地址输入是否正确,串行地址输入线是 DataIn 。$time返回值以0.1ns为单位(因为我在testbench中的单位规定是`timescale 1ns/100ps,精度是100ps = 0.1ns),所以$time/10才是ns。
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
wr: assert property(wr_p)
$display("succeed:",$time/10);
else
$display("error: ",$time/10);
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//断言可以声明一个int数组arr[4],
//“@(posedge clk) !vld_pulse_r[0] && !DataIn”是真实的预备条件
//“##4 (read==read, arr[0] = DataIn)”只是为了在特定时间内赋值,有用的语句是“arr[0] = DataIn”,//“read==read”是废话,为了编译通过。
//arr赋值完毕后,进入function进行处理,判断实际地址addr跟junc处理过的数据是否相同。
//“addr == junc(arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);”就是function调用。
property wr_p;
int arr[4];
@(posedge clk) !vld_pulse_r[0] && !DataIn
##4 (read==read, arr[0] = DataIn)
##1 (read==read, arr[1] = DataIn)
##1 (read==read, arr[2] = DataIn)
##1 (read==read, arr[3] = DataIn) |=>
addr == junc(arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);
endproperty
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
function [3:0] junc;
input a,b,c,d;
reg [3:0] a1;
reg [3:0] b1;
reg [3:0] c1;
reg [3:0] d1;
a1 = {3'b0,a};
b1 = {3'b0,b};
c1 = {3'b0,c};
d1 = {3'b0,d};
junc = a1+(b1<<1)+(c1<<2)+(d1<<3);
$display(junc);
endfunction
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
7. 如果想在SVA中使用类似for(){....}的功能,别忘了语法中介绍的[*3],这是在断言中实现for的唯一方式。
##4 (废话, cnt = 0, arr[cnt] = DataIn, cnt++) //初始化一下,
##1 (read==read, arr[cnt] = DataIn, cnt++)[*3] //循环3次
8. 每句断言都是一个小程序:如上例,在##4时间点上,(废话, cnt = 0, arr[cnt] = DataIn, cnt++)就是一个小程序,信号断言必须是第一句,其他运算按照顺序进行。
9. 断言的变量除了可用C语言中的int,float外,还可以是reg [n:0]等数字电路类型。
10. 注意:
像这种写法:
property ept_p;
@(posedge rd_clk) ((rd_num == 0) |-> rd_ept)
&& (rd_ept |-> (rd_num == 0));
endproperty
是错误的,写了|->,就不能再用 && 等事件组合逻辑了。
解决方法是使用2个断言,没更好的方法。
这篇文档是参考别人的,具体是谁的,我也不记得了,只知道这篇文档对我的帮助很大,入门的文档,写的很不错。