SystemVerilog interface详细介绍

1. Interface概念

        System Verilog中引入了接口定义，接口与module 等价的定义，是要在其他的接口、module中直接定义，不能写在块语句中，跟class是不同的。接口是将一组线捆绑起来，可以将接口传递给module。

2. 接口的优点

        一）通过接口在module之间或内部进行信号传递，模块的输入列表就是一个接口，这样简单，避免手动连线的错误。

        二）如果需要增加模块的IO，只需要在接口中增加，不需要改变模块的输入列表，防止输入错误、少改了哪个模块的列表。

        三）在UVM 中需要在不同的class之间传递信号，用接口的话，传递一组信号只需要uvm_config_db一个接口就可以了，如果不用接口，那么就需要好多条uvm_config_db语句。

        四）接口中可以定义一些initial（生成时钟），always块，任务，函数，类的句柄。

3. 定义接口

        可以在接口中定义一些信号、函数、任务、class对象，也可以有always，initial语句块。比如可以在initial块中生成时钟clk。

3.1 定义

interface if(input bit clk);logic data;logic valid;logic addr;
endinterface

3.2 modport

        可以用modport将接口中的信号分组。比如总线接口中，master、slave、arbiter需要的信号是不同的，输入输出也不同。

interface if(input bit clk);logic [7:0] data;logic valid;logic [7:0] addr;logic request;logic grant;logic command;logic ready;modport MASTER(output request,addr,command);modport SLAVE(input request,addr,command,output ready);modport ARBITER(input request,output grant);
endinterface
module Master (if.MASTER if_u);
...
endmodule
module test;if if_u;Master m_u(if_u.MASTER);
endmodule    

4. 激励时序

        测试平台需要和设计之间的时序密切配合。比如在同一个时间片内，一个信号需要被同时写入和读取，那么采样到新值还是旧值？非阻塞赋值可以解决这个问题，值的计算在active区域，值的更新在NBA区域——采样到的是旧值。

4.1 时钟块控制同步信号的时序

        在接口中定义时钟块，时钟块中的任何信号都相对于时钟同步驱动和采样。时钟块大都在测试平台中使用。

interface if(input bit clk);logic [7:0] data;logic valid;logic [7:0] addr;clocking cb@(posedge clk);input valid;input data;input addr;endclockingmodport TEST(clocking cb);modport DUT(input valid ,input data);
endinterface

        一个接口中可以有多个时钟块，但每个时钟块只有一个时钟表达式。如@(posedge clk)定义了单时钟；@(clk)定义了DDR时钟（双数据率，两个沿）。

4.2 logic还是wire

        在测试平台中，如果用过程赋值语句驱动接口中的信号，那么信号要在接口中定义为logic，如果是连续赋值驱动，定义成wire。

        定义成logic的一个好处是，如果多个信号驱动logic，那么编译器会报错，这样你就知道写错了，如果是wire，这个错误就隐藏了。

4.3 对测试平台和DUT中事件的调度

        如果没有用时钟块，测试平台对DUT的驱动和采样存在竞争，这是因为测试平台的事件和DUT的事件混合在同一个时间片中。

SV中将测试平台中的事件和DUT中的事件分离。
时间片划分：

 SV的主要调度区域：

4.4 设计和测试平台之间的时序

        时钟块（测试平台）在#1step延时之后采样DUT，也就是采样上一个时间片postponed区域的数据。也就是前面讲的采样旧值。时钟块（测试平台）在#0延时之后驱动DUT信号。0延迟说明还在同一个time slot，DUT能够捕捉到变化。
        更细致的时间片划分：

time slot
active	design
inactive	显示0延迟阻塞赋值；
observed	SVA
reactive	SV
postponed	SV 采样

5. 接口采样和驱动信号的时序

        为了同步接口中的信号，可以在时钟沿采样或者驱动接口信号。可以在接口中定义时钟块来同步接口信号：

interface if(input bit clk);logic data;logic valid;logic addr;clocking cb@(posedge clk);input valid;input data;input addr;endclockingmodport TEST(clocking cb);modport DUT(input valid ,input data);
endinterface

在测试平台中的信号才需要同步。

5.1 接口信号采样时序

        如果时钟块中的信号采样DUT中的信号，采样的是上一个时间片（time slot）postponed区域的数据。即如果DUT信号在时钟沿发生0-1跳变，那么采样到0。DUT接口想要驱动TEST接口中时钟块里的信号，需要线给DUT接口信号赋值：

module dut(if.DUT if0);....#10 if0.valid = 1;#10 if0.valid = 2;....
endmodule

5.2 接口信号驱动时序

        如果时钟块驱动DUT信号，值会立即传入到设计中。即如果时钟块中的信号在时钟沿发生0-1跳变，则时钟沿之后DUT中为1。
        时钟块想要驱动DUT，需要在testbench给时钟块中的信号赋值，在tb中驱动时钟块中的信号需要同步驱动，用“<=”符号。时钟块中的信号驱动采样

program tb(if.TEST if1);...#10 if1.cb.valid <= 1;#10 if1.cb.valid <= 0;...
endprogram

6. 使用虚接口

        之前介绍的接口都是跟module一样来描述硬件的；在SV中有面向对象的概念，在class里面使用虚接口——virtual interface。虚接口是一个物理接口的句柄（handler），同这个句柄来访问硬件接口。虚接口是唯一链接动态对象和静态模块、接口的一种机制。

6.1 在测试平台中使用接口

interface inf; //定义接口
...
endinterface
program test(inf if0); // 接口传入测试平台driver drv;initial begindrv = new(if0); // 接口传给driver对象end
endprogram
class driver;virtual vif;  // 在class中为虚接口function new(inf i);vif=i;endfunction
endclass
module top;inf inf0();  // 例化接口test t1(inf0);dut d1(inf0);
endmodule

也可以在tb中跨模块引用XMR（cross module reference）接口

program test(); //没有接口参数virtual inf if0=top.inf0;//top是顶层模块...
endprogram
module top;inf inf0();  // 例化接口test t1(); // tb无接口列表dut d1(inf0);
endmodule

6.2 使用端口传递接口数组

interface inf(input clk);
...
endinterface
parameter NUM=10;
module top;inf xi[NUM](clk); // 顶层例化多个接口,接口名后跟个数test t1(xi);// 接口作为参数dut...
endmodule
program test(inf xi[NUM]); // 接口参数列表virtual inf vxi[NUM];initial beginvxi=xi;end
endprogram

也可以用跨模块引用。

7. 接口中的代码

        接口中可以定义信号、函数、任务、class对象，也可以有always，initial语句块。下面给一个在《UVMPrimer》中的例子：

interface tinyalu_bfm;import tinyalu_pkg::*;
​byte         unsigned        A;byte         unsigned        B;bit          clk;bit          reset_n;wire [2:0]   op;bit          start;wire         done;wire [15:0]  result;operation_t  op_set;
​assign op = op_set;
​task reset_alu();reset_n = 1'b0;@(negedge clk);@(negedge clk);reset_n = 1'b1;start = 1'b0;endtask : reset_alutask send_op(input byte iA, input byte iB, input operation_t iop, shortint result);if (iop == rst_op) begin@(posedge clk);reset_n = 1'b0;start = 1'b0;@(posedge clk);#1;reset_n = 1'b1;end else begin@(negedge clk);op_set = iop;A = iA;B = iB;start = 1'b1;if (iop == no_op) begin@(posedge clk);#1;start = 1'b0;           end else begindo@(negedge clk);while (done == 0);start = 1'b0;endend // else: !if(iop == rst_op)endtask : send_opcommand_monitor command_monitor_h;
​function operation_t op2enum();case(op)3'b000 : return no_op;3'b001 : return add_op;3'b010 : return and_op;3'b011 : return xor_op;3'b100 : return mul_op;default : $fatal("Illegal operation on op bus");endcase // case (op)endfunction : op2enum
​
​always @(posedge clk) begin : op_monitorstatic bit in_command = 0;command_s command;if (start) begin : start_highif (!in_command) begin : new_commandcommand.A  = A;command.B  = B;command.op = op2enum();command_monitor_h.write_to_monitor(command);in_command = (command.op != no_op);end : new_commandend : start_highelse // start lowin_command = 0;end : op_monitor
​always @(negedge reset_n) begin : rst_monitorcommand_s command;command.op = rst_op;command_monitor_h.write_to_monitor(command);end : rst_monitorresult_monitor  result_monitor_h;
​initial begin : result_monitor_threadforever begin@(posedge clk) ;if (done) result_monitor_h.write_to_monitor(result);endend : result_monitor_threadinitial beginclk = 0;forever begin#10;clk = ~clk;endend
endinterface : tinyalu_bfm

函数使用的时候通过接口对象调用就行了

virtual tinyalu_bfm inf;
initial begininf.send_op(..);
end

8. 接口使用注意事项

• 接口不能在package中被`include 。

  下面这种写法是会报错的。

  package pkg;`include "apb_if.sv"……
  endpackage

  而要放在package外面

  `include "apb_if.sv"
  package pkg;……
  endpackage

          如果要在UVM中要通过hierarchy访问DUT中的信号，最好将这些信号放在interface中，然后将virtual interface传给UVM。

  // 在接口中定义信号
  interface bfm;bit[7:0 addr;
  endinterface// 实例化接口
  bfm u_bfm();// 将虚接口传给UVM
  initial beginuvm_config_db#(vitual bfm)::set("", uvm_test_top, "bfm", bfm);
  end// 在UVM可直接操作虚接口    

          如果不这样的话，当uvm component（driver， monitor， agent等）文件是通过package来管理的话，就不能在UVM中hierarchy引用DUT中的信号。