IC验证学霸笔记4——UVM--TLM通信

TLM通信

在芯片开发流程中，有两个地方对项目的助推起到了关键作用：

系统原型&芯片验证

系统原型一般通过硬件功能描述文档模拟硬件行为， 行为要求不同于RTL模型。 系统原型提供一个准确到硬件比特级别、 按照地址段访问、 不依赖于时钟周期的模型， 该模型通常基于SystemC语言，而系统原型中各模块通过TLM可以实现宽松时间范围内的数据包传输。

芯片验证是在RTL模型初步建立后， 通过验证语言和方法学如SV/UVM来构建验证平台。该平台的特点是验证环境整体基于面向对象开发，组件之间的通信基于TLM, 而在driver与硬件接口之间需将TLM抽象事务降解到基于时钟的信号级别。 

系统原型阶段和芯片验证阶段均使用了TLM通信方式。前者是为了更快地实现硬件原型之间的数据通信，后者是为了更快地实现验证组件之间的数据通信。

仿真速度是TLM对项目进度的最大贡献，同时TLM传输中的事务又可以保证足够大的信息量和准确性。

TLM并不是某一种语言产物，而是作为一种提高数据传输抽象级的标准存在。

高抽象级的数据通信，可以用来表示宽松时间跨度内的硬件通信数据，而通过降低颗粒硬件周期内的数据打包为一个大数据，非常有利于整体环境的仿真速度。

TLM的运用越来越广泛，包括emulator同硬件仿真器的协同仿真框架中，也建议使用这种方式来降低混合环境之间的通信频率，以便提高整体的运算效率。

TLM 是一种基于事务 (transaction) 的通信方式， 通常在高抽象级语言如 SystemC 或SV/UVM中作为模块之间的通信方式。TLM成功地将模块内的计算和模块之间的通信从时间跨度方面剥离开了。 在抽象语言建模体系中， 各模块通过一系列并行的进程实现， 同时利用通信和计算模拟出正确的行为。

要提高系统模型的仿真性能， 需要考虑两个方面： 建模自身的运算优化， 模型之间的通信优化。前者依靠开发者的经验和性能分析工具来逐步优化模型，后者则可以通过将通信频率降低、 内容体积增大的方式减少由不同进程之间同步带来的资源损耗。TLM 正是从通信优化角度提出的一种抽象通信方式。

TLM通信需要两个通信的对象，这两个对象分别称为initiator和 target。区分它们的方法在于，谁先发起通信请求，谁就属于initiator,而谁作为发起通信的响应方，谁就属于target。 

通信发起方并不代表了transaction的流向起点，即不一定数据是从initiator流向target, 也可能是从target流向了initiator，因此按照transaction的流向，我们又可以将两个对象分为producer和consumer。区分它们的方法是，数据从哪里产生，它就属于producer, 而数据流向了哪里，它就属于consumer。

initiator与target的关系同producer与consumer的关系不是固定的。
有了两个参与通信的对象之后，用户需要将TLM通信方法在target端中实现，以便于initiator将来作为发起方可以调用target的通信方法，实现数据传输。

在target实现了必要的通信方法之后，最后一步我们需要将两个对象进行连接，这需要在两个对象中创建TLM端口，继而在更高层次中将这两个对 象进行连接。

因此我们可以将 TLM 通信步骤分为：

1  分辨出 initiator和target, producer和consumer。
2   在 target 中实现 TLM 通信方法。
3   在两个对象中创建 TLM 端口。
4  在更高层次中将两个对象的端口进行连接。 

从数据流向来看， 传输方向可以分为单向(unidirection)和双向 (bidirection)：

 •    单向传输：由initiator发起request transactio；
 •    双向传输：由initiator发起request transaction, 传送至target; 而target在消化 了request transaction后，会发起response transaction, 继而返回给initiator。

端口的按照类型可以划分为三种：
•    port: 经常作为initiator的发起端， initiator凭借port才可以访问target的TLM通信方法。
•    export: 作为initiator和target中间层次的端口。
•    imp: 只能作为target接收request的未端， 它无法作为中间层次的端口， 所以imp的连接无法再次延伸。

如果将传输方向和端口类型加以组合，综合下来， TLM 端口一共分为 6 类：

•     uvm_UNDIR_port #(trans_t）     uvm_单双向_端口类型 # (类型参数）
•     uvm_UNDIR_export # (trans_t）
•     uvm_UNDIR_imp # (trans_t，imp_parent_t）
•     uvm_BIDIR_port # (req_trans_t， rsp_trans_t）
•     uvm_BIDIR_export #(req_trans_t， rsp_trans_t）
•     uvm_BIDIR_imp # (req_trans_t， rsp_trans_t， imp_parent_t）

就单向端口而言，声明 port 和 export 作为 request 发起方，需要指定 transaction 类型参数， 而声明 imp 作为 request 接收方， 不但需要指定 transaction 类型参数， 还需要指定它所在的 component 类型。 就声明双向端口而言， 指定参数需要考虑双向传输的因素， 将传输类型 transaction 拆分为 request transaction 类型和 response transaction 类型。

TLM 端口连接的一般做法：

•    在 initiator 端例化 port, 在中间层次例化 export, 在 target 端例化 imp；

•    多个 port 可以连接到同一个 export或imp; 但单个 port或export 无法连接多个imp 。这可以理解为多个initiator 可以对同一个 target 发起 request, 但是同一个initiator 无法连接多个target。

•    port 应为 request 起点， imp 应为 request 终点， 而中间可以穿越多个层次。 基于单元组件的自闭性考虑， 笔者建议在穿越的中间层次声明 export, 继而通过层层连接实现数据通路。

•    port 可以连接 port 、 export 或 imp: export 可以连接 export 或 imp; imp 只能作为数据传送的终点， 无法扩展连接。

从示例中可以得出关于建立TLM通信的常规步骤：

•    定义TLM传输中的数据类型，上面分别定义了request类和response 类。
•    分别在各个层次的component中声明和创建TLM端口对象。
•    通过connect()函数完成端口之间的连接。
•    在imp端口类中要实现需要提供给initiator的可调用方法。例如，在 comp2中由于有一个uvm_nonblocking_put_imp #(request, comp2) nbp_imp, 因此需要实现两个方法try_pu( )和can_put();而comp4中有一个uvm blocking_get_imp #(request, comp4) bg_imp, 则需要实现对应的方法get()。
•    需要注意的是，必须在imp端口类中实现对应方法，否则端口即使连接也无法实现数据传输。

注：优秀验证学员随堂笔记，已经征求到学生的同意，会持续给牛友们分享！

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