systemverilog之program与module
systemverilog之program与module
为避免仿真和设计竞争问题(race condition)，systemverilog中引入了program的概念。
在Verilog中，调度如下图所示：
从图中可以看出，阻塞赋值与非阻塞赋值的调度是不一样的，其中#0的阻塞延时赋值则处在中间的调度区域。
对于systemverilog来说，就多添加了几种调度区域。如下图所示
前三个为Verilog准备的，observed处于中间部分，是为SV中的属性断言准备的，该区域的值已经稳定，避免了因采集数据不稳定而导致的属性断言错误。在reactive域正式进行断言判断。
通过几个栗子说明情况：
module counter(input clk);
bit [3:0] cnt;
always @(posedge clk) begin
cnt <= cnt + 3;
$display("%0t DUT cnt = %0d", $time, cnt);
end
endmodule
module tb1;
bit clk;
bit [3:0] cnt;
initial begin
forever #5ns clk <= ~clk;
end
counter counter_inst(clk);
always @(posedge clk) begin
$display("%0t TB cnt = %0d", $time, counter_inst.cnt);
end
endmodule仿真结果如下：
run 50ns
# 5 DUT cnt = 0
# 5 TB cnt = 0
# 15 DUT cnt = 3
# 15 TB cnt = 3
# 25 DUT cnt = 6
# 25 TB cnt = 6
# 35 DUT cnt = 9
# 35 TB cnt = 9
# 45 DUT cnt = 12
# 45 TB cnt = 12因为打印函数处于active调度区域，非阻塞赋值处于NBA调度区域，因此采样到的是变化前的值，即#5时采样得到的是0不是1；其他同理。
如果我们把仿真激励改为如下：
run 50ns
# 5 DUT cnt = 0
# 5 TB cnt = 0
# 15 DUT cnt = 3
# 15 TB cnt = 3
# 25 DUT cnt = 6
# 25 TB cnt = 6
# 35 DUT cnt = 9
# 35 TB cnt = 9
# 45 DUT cnt = 12
# 45 TB cnt = 12那么仿真结果则如下：
run 50ns
# 5 DUT cnt = 0
# 5 TB cnt = 3
# 15 DUT cnt = 3
# 15 TB cnt = 6
# 25 DUT cnt = 6
# 25 TB cnt = 9
# 35 DUT cnt = 9
# 35 TB cnt = 12
# 45 DUT cnt = 12
# 45 TB cnt = 15这是因为clk2和clk1之间存在非阻塞赋值，赋值区域在NBA区，按照先后顺序，一个采样得到的是变化前的值，一个得到的是变化后的值。
因此我们如果Testbench中也一味地使用module，就有可能出现上述第二种问题，在此我不是说这种不行，而是我们需要能控制住采样时刻。那么如果我们有时候需要采样第二种情况，难道每次都需要这样做吗？使用两个采样信号？
在SV中，我们可以使用Program实现上述情况：
假设我们把第一种testbench改为program，如下所示：
module counter(input clk);
bit [3:0] cnt;
always @(posedge clk) begin
cnt <= cnt + 1;
$display("@%0t DUT cnt = %0d", $time, cnt);
end
endmodule
program dsample(input clk);
initial begin
forever begin
@(posedge clk);
$display("@%0t TB cnt = %0d", $time, dut.cnt);
end
end
endprogram
module test_tb_top;
bit clk1;
bit [3:0] cnt;
initial begin
forever #5ns clk1 <= !clk1;
end
counter dut(clk1);
dsample spl(clk1);
endmodule此时仿真结果和第二次一致，这是因为program的采样是在reactive中进行的，此时数据已经是变化后的稳定值，不会出现竞争的情况。
因此，我们一般推荐在Testbench中使用program，在设计dut中使用module，在顶层module中例化dut的module和 testbench的program。
program中的注意点：
- program中不能例化其他program和module
- 不能出现interface和always，可以使用initial forever替代always
- program内部可以发起多个initial块
- program中内部定义的变量最好采用阻塞赋值，当然采用非阻塞仿真器也不会产生error，驱动外部信号则应该采用非阻塞赋值
- program中的initial块和module中的initial块执行位置不同，前者在reactive，后者在active块中执行。
- program中存在的多个initial块中，如果有一个initial采用了退出系统函数$exit（），则会结束该program，而不仅仅是该initial块。