System Verilog 从基础到高级验证实战指南

2.2.3 类和对象

类是 OOP 的基础，支持模块化和重用。

class myClass;
    int myInt;
    function void myMethod(input int value);
        myInt = value;
    endfunction
endclass

myClass myObject = new();
myObject.myMethod(10);

2.3 类的高级特性

2.3.1 封装、继承与多态

• 封装：数据和函数隐藏在类内。
• 继承：子类复用父类特性。
• 多态：实例表现取决于具体类型。

class baseClass;
    virtual function void myFunc();
        $display("Base method");
    endfunction
endclass

class derivedClass extends baseClass;
    virtual function void myFunc();
        $display("Derived method");
    endfunction
endclass

2.3.2 重载与重写

允许同名函数不同参数列表（重载），或派生类修改基类虚函数（重写）。

class A;
    virtual function void display();
        $display("Class A display");
    endfunction
endclass

class B extends A;
    function void display(int param); // 重载
        $display("Class B display with param %0d", param);
    endfunction
    function void display(); // 重写
        $display("Class B display");
    endfunction
endclass

B myObject = new();
myObject.display();       // 调用重写
myObject.display(5);      // 调用重载

2.3.3 随机化与约束

验证中常用随机化生成测试向量。

class Transaction;
    rand int data;
    constraint c1 { data >= 0; data < 16; }
    function void randomizeData();
        assert(randomize(data));
    endfunction
endclass

Transaction tr = new();
tr.randomizeData();

3. 模块、接口与类的协作

3.1 模块和接口

3.1.1 模块

模块是设计的基本构建块，包含输入输出端口。

module adder(
    input logic [3:0] a, b,
    output logic [4:0] sum
);
    always_comb begin
        sum = a + b;
    end
endmodule

always_comb 指示组合逻辑，输入变化即重新评估。

3.1.2 接口

接口封装通信信号和协议，简化连接。

interface bus_if(input logic clk);
    logic [3:0] data;
    logic [3:0] addr;
    logic write;

    task write_data(input logic [3:0] addr, input logic [3:0] wdata);
        // 实现写操作
    endtask
endinterface

3.2 面向对象特性

3.2.1 类定义

类包含属性、方法、构造函数。

class packet;
    rand bit [3:0] addr;
    rand bit [7:0] data;
    int id;

    function new(int _id = 0);
        id = _id;
    endfunction

    function void print();
        $display("Packet ID: %d, Address: %0d, Data: %0h", id, addr, data);
    endfunction
endclass

3.2.2 继承与多态

通过 extends 继承，利用虚方法实现多态。

class extended_packet extends packet;
    rand bit [2:0] control;

    function new(int _id = 0);
        super.new(_id);
        control = $urandom;
    endfunction

    virtual function void print();
        $display("Extended Packet ID: %d...", id, addr, data, control);
    endfunction
endclass

4. 任务与函数的区别

4.1 任务 (Task)

任务不返回值，可包含延时，用于封装重复操作。

task example_task_with_parameters(input int a, output int b);
    b = a + 1;
endtask

4.2 函数 (Function)

函数必须返回值，不能含延时，用于计算。

function int example_function(input int a);
    example_function = a * a;
endfunction

4.2.1 执行上下文

任务可模拟并行行为（含延时），函数必须同步阻塞。

4.2.2 调用机制

任务通过引用调用，可有多输出参数；函数在表达式中使用，无输出参数。

initial begin
    int sum;
    sum = add(3, 4); // 捕获返回值
    $display("Sum is: %0d", sum);
end

5. 并发与同步执行

5.1 并发执行

使用 initial 或 always 块描述并行进程。

initial begin
    // 执行一次
end
always @(posedge clk) begin
    // 每个上升沿执行
end

fork/join 管理并行区域。

fork
begin
    // 代码块 1
end
begin
    // 代码块 2
end
join

5.2 同步机制

5.2.1 事件控制

使用 @ 等待事件，wait 阻塞直到条件成立。

event my_event;
initial begin
    -> my_event; // 触发
end
always @(my_event) begin
    // 事件发生
end

5.2.2 信号量和互斥锁

确保资源独占访问。

semaphore my_semaphore = new(1);
mutex my_mutex = new;

initial begin
    my_semaphore.get(1);
    // 独占访问
    my_semaphore.put(1);
    
    my_mutex.lock();
    // 保护共享资源
    my_mutex.unlock();
end

掌握这些并发与同步机制，对于创建高效、可预测的仿真环境至关重要。