UVM设计模式（五）迭代器模式、Python/SV中的迭代器、callback_iter、scoreboard中的迭代器

行为型设计模式数量较多，上一篇介绍了模板模式和策略模式，下面对迭代模式进行介绍，挖掘其在UVM中的应用。

迭代器模式

Iterator Design Pattern: 对容器 (聚合类，集合数据等) 的遍历操作从容器中拆分出来，放到迭代器中，实现迭代操作的解耦。

大部分编程语言都提供了多种遍历集合的方式，比如for循环，foreach循环等。对于简单的遍历，可以利用语言提供的迭代方式完成遍历操作，对于复杂条件的集合遍历，比如支持广度优先和深度优先遍历的树结构，用户需要自己创建迭代器。

迭代器模式的结构分为迭代器接口和迭代器实现类，容器接口和容器实现类。接口类是为了面向接口编程。迭代器中一般包含next()函数用于返回容器中的元素，布尔型变量hasNext判断是否结束循环。

Python中的迭代器

Systemverilog对聚合类型数据(Aggregate data types)的操作并没有把迭代器 “暴露” 出来，先从Python开始了解。Python允许用户自定义类对迭代的支持。

引用Python Documentation

迭代器是一个表示数据流的对象；这个对象每次只返回一个元素。Python 迭代器必须支持 __next__() 方法；这个方法不接受参数，并总是返回数据流中的下一个元素。如果数据流中没有元素，__next__() 会抛出 StopIteration 异常。

内置的 iter() 函数接受任意对象并试图返回一个迭代器来输出对象的内容或元素，并会在对象不支持迭代的时候抛出 TypeError 异常。Python 有几种内置数据类型支持迭代，最常见的就是列表和字典。如果一个对象能生成迭代器，那么它就会被称作 iterable。

Python 有不少要求使用可迭代的对象的地方，其中最重要的就是 for 表达式。在表达式 ，Y 要么自身是一个迭代器，要么能够由 iter() 创建一个迭代器。以下两种表达是等价的:

生成器表达式和列表推导式

迭代器的输出有两个很常见的使用方式，1) 对每一个元素执行操作，2) 选择一个符合条件的元素子集。比如，给定一个字符串列表，你可能想去掉每个字符串尾部的空白字符，或是选出所有包含给定子串的字符串。

列表推导式和生成器表达时（简写："listcomps" 和 "genexps"）让这些操作更加简明，这个形式借鉴自函数式程序语言 Haskell（Haskell Language）。你可以用以下代码去掉一个字符串流中的所有空白字符:

通过列表推导式，你会获得一个 Python 列表； 就是一个包含所有结果行的列表，并不是迭代器。生成器表达式会返回一个迭代器，它在必要的时候计算结果，避免一次性生成所有的值。这意味着，如果迭代器返回一个无限数据流或者大量的数据，列表推导式就不太好用了。这种情况下生成器表达式会更受青睐。

生成器表达式两边使用圆括号 (" ( ) ") ，而列表推导式则使用方括号 (" [ ] ")。

SV数组内建方法

和数组定位相关的，SV提供了6种方式：

如果没有在方法中声明迭代器参数(iterator argument), 则使用默认值 item。item是数组中依次被迭代器遍历的元素。如果指明了参数，则 with(expression）中应该使用指明的参数，如 q = A.find_index（x）with ( x > 3); with中的relational operators (, ==) 返回的是布尔值(0,1)。

注意，这里的with使用的是 “ (  ) ”， 而调用 randomize 使用的 “  {  } ”。

uvm_callback_iter

uvm_callback_iter是UVM提供专门用于对容器m_pool  m_tw_cb_q 进行遍历的迭代器类。

1. uvm_callback_iter参数化的类，需要迭代出 T = my_driver, CB = A 类型的 callback。这里对容器m_pool迭代，m_pool 联合数组， key = uvm_object, value = uvm_queue#(uvm_callback)

2. iter.first() 调用uvm_callbacks的静态函数get_first(), get_first()第一个参数是迭代器的“游标”，ref类型。此处为0。

3. m_get_q根据 KEY: object类型 在  m_pool 中找到对应的 VALUE: uvm_queue#(uvm_callback)。没有找到则 q.size = 0, get_first() return null

4. for循环遍历q, 当 $cast(cb, q.get(itr)) == 1时，说明q中的callback类型是A类型，然会这个A类型的callback。（找到一个A类型的callback, for循环便会退出，游标 itr 为 ref类型，所以uvm_callback_iter中的 m_i 会及时更新）

5. iter.next() 调用get_next()接着对q遍历，此时从上次的游标开始，直到遍历完q，return null, 到此结束。

迭代器的用法固定，一直调用next(), 直到遍历完退出：

如何实现是关键，如何维护游标，如何判断返回元素满足条件，这些需要根据实际业务具体实现。

迭代器在scoreboard中的应用

scoreboard一边接收dut transaction放入容器actual_array, 一边接收golden transaction放入容器golden_array。如果是保序的，则可以直接按先后顺序对比，如果不是保序的，则需要按照相应规则遍历容器筛选出transaction。

如果规则是Packet不是保序的，但是addr保持不变，则可以通过SV内建方法 find_index() with (item.addr == addr）在容器中筛选出待比较的Packet。find_index() with (expression) 中内建了迭代器，根据所给的expression条件“吐出”符合的元素。

对于比较复杂的情况，如果没有合适的SV内建方法，可以根据业务写一些function()来完成，如果容器的筛选规则经常变化或者需要写一个适用多场景的scoreboard VIP，建议创建迭代器的类，专门负责此事，便于扩展。

2018 DVCon US : UVM Verification Environment Based on Software Design Patterns 中将迭代器模式应用到scoreboard中。

常见的scoreboard的构建方式：OVM/UVM Scoreboards - Fundamental Architectures