UVM入門

1 前言

        在基於SystemVerilog的验证方法学中，目前市面上有三种：

• VMM（Verification Methodology Manual），这是Synopsys在2006年推出的，在初期是闭源的。当OVM出现后，面对OVM的激烈竞争，VMM开源了。VMM中集成了寄存器解决方案RAL。
• OVM（Open Verification Methodology），这是Cadence和Mentor在2008年推出的，从一开始就开源的。它引进了factory机制，功能非常强大，但是它里面没有寄存器解决方案，这是它最大的短板。针对这一情况，Cadence推出了RGM，补上了这一短板。只是很遗憾的是，RGM并没有成为OVM的一部分，要想使用RGM，需要额外下载。现在OVM已经停止更新，完全被UVM代替。
• UVM（Universal Verification Methodology），其正式版是在2011年2月由Accellera推出的，得到了Synopsys、Mentor和Cadence的支持。UVM几乎完全继承了OVM，又采纳了Synopsys在VMM中的寄存器解决方案RAL。同时，UVM还吸收了VMM中的一些优秀的实现方法。可以说，UVM继承了VMM和OVM的优点，克服了各自的缺点，代表了验证方法学的发展方向。

2 搭建一个简单的验证平台

2.1 验证平台的组成

        验证用于找出DUT中的bug，这个过程通常是把DUT放入一个验证平台中来实现的。一个验证平台要实现如下基本功能：

• 验证平台要模拟DUT的各种真实使用情况，这意味着要给DUT施加各种激励，有正常的激励，也有异常的激励。激励的功能是由drive实现的。
• 验证平台要能够根据DUT的输出来判断DUT的行为是否与预期相符合，完成这个功能的是记分板（scoreboard，也被称为shecker）。既然是判断，那么牵扯到两个方面：一是判断什么，需要把什么拿来判断，这里很明显是DUT的输出；二是判断的标准是什么。
• 验证平台要收集DUT的输出并把他们传递给scoreboard，完成这个功能的是monitor。
• 验证平台要能够给出预期结果。在记分板中提到了判断的标准，判断的标准通常就是预期。假设DUT是一个加法器，那么当在它的加数和被加数中分别输入1，即输入1+1时，期待DUT输出2。当DUT在计算1+1的结果时，验证平台也必须相应完成同样的过程，也计算一次1+1。在验证平台中，完成这个过程的是参考模型（reference model）。

        一个简单的验证平台框图如下图：

        在UVM中，引入了agent和sequence概念，因此UVM中验证平台的典型框图如下图：

2.2 只有driver的验证平台

        driver是验证平台最基本的组件，是整个验证平台数据流的源泉。

        假设有以下DUT定义：

module dut(
    input               clk,
    input               rst_n,

    input  [7:0]        rxd,
    input               rx_dv,

    output reg [7:0]    txd,
    output reg          tx_en
);

    always_ff@(posedge clk,negedge rst_n) begin
        if(!rst_n)begin
            txd   <= '0;
            tx_en <= '0;
        end
        else begin
            txd   <= rxd;
            tx_en <= rx_dv;   
        end
    end

endmodule         

        这个DUT的功能非常简单，通过rxd接收数据，再通过txd发送出去。

        UVM是一个库，在这个库中，几乎所有的东西都是使用类（class）来实现的。driver、monitor、reference model、scoreboard等组成部分都是类。类是像SystemVerilog这些面向对象编程语言中最伟大的发明之一，是面向对象的精髓所在。类有函数（function），另外还可以有任务（task），通过这些函数和任务可以完成driver的输出激励功能，完成monitor的监测功能，完成参考模型的计算功能，完成scoreboard的比较功能。类中可以有成员变量，这些成员变量可以控制类的行为，如控制driver的行为等。当要实现一个功能时，首先应该想到的是从UVM的某个类派生出一个新的类，在这个新的类中实现所期望的功能。所以，使用UVM的第一条原则是：**验证平台中所有的组件应该派生自UVM中的类。

        UVM验证平台中的driver应该派生自uvm_driver，一个简单的driver如下例：

class my_driver extends uvm_driver;

    function new(string name = "my_driver",uvm_compoent parent = null);
        super.new(name,parent);
    endfunction

    extern virtual task main_phase(uvm_phase phase);

endclass

task my_driver:main_phase(uvm_phase phase);
    top_tp.rxd   <= '0;
    top_tp.rx_dv <= '0;

    while(!top_tb.td)
        @(posedge top_tb.clk);
    for(int i = 0; i < 256; i++) begin
        @(posedge top_tb.clk);

        top_tb.rxd   <= $urandom_range(0,255);
        top_tb.rx_dv <= '1;
        `uvm_info("my_driver","data is drived",UVM_LOW)
    end

    @(posedge top_tb.clk);
        top_tb.rx_dv <= '0;
        
endtask

        这个driver的功能非常简单，只是像rxd上发送256个随机数据，并将rx_dv信号置为高电平。当数据发送完毕后，将rx_dv信号置为低电平。在这个driver中，有两点应该引起注意：

• 所有派生自uvm_driver的类的new函数有两个参数，一个是string

        告辞