含義

面向?qū)ο缶幊痰挠⑽目s寫是 OOP，全稱是 Object Oriented Programming。對應(yīng)地，面向?qū)ο缶幊陶Z言的英文縮寫是 OOPL，全稱是 Object Oriented Programming Language。

面向?qū)ο缶幊讨杏袃蓚€非常重要、非?；A(chǔ)的概念，那就是類（class）和對象（object）。這兩個概念最早出現(xiàn)在 1960 年，在 Simula 這種編程語言中第一次使用。而面向?qū)ο缶幊踢@個概念第一次被使用是在 Smalltalk 這種編程語言中。Smalltalk 被認(rèn)為是第一個真正意義上的面向?qū)ο缶幊陶Z言。

Systemverilog作為面向?qū)ο蟮恼Z言，相比C++, 更"像“ Java. Java語言并不直接運(yùn)行在真實(shí)機(jī)器上，而是有一個虛擬機(jī)（即?Java Virtual Machine ，JVM?）來承載其運(yùn)行，JVM使用C++編寫的，而C++是C的超集。

UML

UML（Unified Model Language），統(tǒng)一建模語言。用畫圖表達(dá)面向?qū)ο蠡蛟O(shè)計模式的設(shè)計思路。對于UML的使用，純軟件人員之間仍存在一些爭議。

示例：

封裝（Encapsulation）

將屬性和方法封裝到到類中，但類中的屬性并不需要全部暴露出去，可以通過加上訪問權(quán)限控制這一語法機(jī)制，限制對類屬性的訪問，修改。

Java中的權(quán)限修飾符：

private?修飾的函數(shù)或者成員變量，只能在類內(nèi)部使用。

protected?修飾的函數(shù)或者成員變量，可以在類及其子類內(nèi)使用。

public?修飾的函數(shù)或者成員變量，可以被任意訪問。

SV中的訪問權(quán)限控制qualifiers限定符：

local?：表示的成員或方法只對該類的對象可見，子類以及類外不可見。

protected?：表示的成員或方法對該類以及子類可見，對類外不可見。

除此之外，我們還常見?const?,?static修飾變量。

const：分為兩種：全局性、instance性的 (const 在run-time階段，而 localparam需要在elaboration-time
被賦值)

全局性const：在聲明時即賦值，之后不可修改；

instace性const：只使用const進(jìn)行聲明，賦值發(fā)生在new()中

const修飾的變量，不允許被修改，否則編譯器報錯。

為什么const修飾的變量不可以被修改呢？?其實(shí)無論SV，C++還是C語言，各種語言的語法不同，但是最終都是通過編譯器編譯后，程序運(yùn)行在系統(tǒng)內(nèi)存里，如果const修飾的變量被編譯器分配到了一個.rodata只讀的內(nèi)存段，那么就可以很好的解釋為什么不可以被修改了。同理，static對應(yīng)靜態(tài)分配的地址（?存儲在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)?），該段地址相對automatic屬性的地址段，不會被釋放內(nèi)存，自然可以在整個仿真過程一直存在。

為了地址對齊，SV仿真器會把byte放在32bit的地址空間。

對于task/function調(diào)用，則對應(yīng)?棧空間?，如果使用的是input,output類型的參數(shù)，開始調(diào)用時“input” 變量 copy到棧中，結(jié)束調(diào)用時“ouput” 變量再pop出棧。所以在task/function中修改變量，修改的結(jié)果對其他調(diào)用函數(shù)不可見。如果使用SV中的?ref?，一方面對于數(shù)據(jù)量較大的數(shù)組，不用copy到?？臻g，可以獲得更佳的性能，同時修改變量的結(jié)果對外可見。

對于上述諸多的變量修飾符，從編譯存儲的角度分析，可以加深理解。C語言相對其他語言O(shè)OP語言，更接近硬件，可以通過objdump –dS a.out 反匯編查看各個變量的

main 函數(shù)位于.text段，GLOBAL修飾屬于External Linkage

‘A’ 位于 .rodata段

‘Hello World” 也位于.rodata段 hexdump –C a.out可以查看。

程序加載運(yùn)行時， .rodata段和.text段通常合并到一個Segment中，操作系統(tǒng)將這個Segment的頁面只讀保護(hù)起來，防止意外的改寫。

.data段中有 ‘a(chǎn)’, ‘b’, ‘d’ , 其中a是GLOBAL全局變量，b被static修飾，為LOCAL，不會被鏈接器處理。d被static修飾，并位于main函數(shù)中，靜態(tài)分配。

.bss段緊挨著.data段，被0填充，不占內(nèi)存。所以c位于.bss段，未賦值初始化為0. .data 和.bss在加載時合并到一個Segment中，這個Segment是可讀可寫的。

‘e’ 位于函數(shù)內(nèi)部，放在棧上存儲, 省略auto修飾

‘f’ 寄存器聲明，保存在CPU寄存器上

參考：Linux C編程一站式學(xué)習(xí) 宋勁杉 *19.3 *變量的存儲布局

抽象（Abstraction）

OOP中抽象這一特性本身就很“抽象”，如果單單從語法上看，SV在《IEEE Standard for SystemVerilog 1800-2012》才加入了像Java語言那樣支持抽象（面向接口編程）的語法。關(guān)鍵詞是 interface class, implements。

當(dāng)一個class implements 一個 interface class時，必須override interface class 中的純虛（pure virtual）方法，這也很符合 implements這個單詞本身的含義。

下面看一個列子（?from?IEEE Standard for SystemVerilog 1800-2012 8.26?）：

兩個interface class，PutImp, GetImp 分別包含純虛方法put, get的原型。class Fifo 和 class Stack 使用關(guān)鍵詞 implementes來實(shí)現(xiàn)這兩個interface class中的純虛方法。

class Fifo and class Stack share common behaviors without sharing a common implementation.

classs Fifo 和 class Stack 都有 put, get的操作，但是實(shí)現(xiàn)的具體方式不同（?FIFO:先進(jìn)后出，Stack:先進(jìn)先出?）。這就體現(xiàn)了“抽象”的含義，interface僅僅暴露出的是common behavirs，調(diào)用人員不需要關(guān)心具體的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際上，如果上升一個思考層面的話，抽象及其前面講到的封裝都是人類處理復(fù)雜性的有效手段。在面對復(fù)雜系統(tǒng)的時候，人腦能承受的信息復(fù)雜程度是有限的，所以我們必須忽略掉一些非關(guān)鍵性的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。而抽象作為一種只關(guān)注功能點(diǎn)不關(guān)注實(shí)現(xiàn)的設(shè)計思路，正好幫我們的大腦過濾掉許多非必要的信息。

可能因?yàn)閕ntreface class這一語法加入SV較晚，并且EDA工具支持有一定延遲， 在UVM源碼中，并沒有使用 interface class這一語法。但抽象僅僅是一個非常通用的設(shè)計思想, 比如一個上報錯誤的function, 命名為report_error()就比命名為report_size_mismatch_error()抽象，具體的錯誤類型，不必體現(xiàn)在函數(shù)命名上。（?2016 DVCon US : SystemVerilog Interface Classes - More Useful Than You Thought?涉及 interface classes 在實(shí)際項(xiàng)目中的使用）

在SV沒有加入接口類(intreface class)之前，也有抽象類(virtual class)可以代替抽象的特性。

抽象類不能直接例化，一個由抽象類擴(kuò)展而來的類只有在所有虛方法都有實(shí)體的時候才能被例化。抽象類中可以定義非純虛方法，但是接口類不行。

接口類的一些特性，抽象類并不具備。比如一個類可以實(shí)現(xiàn)多個接口類，并同時繼承某一個類。比如下面這個用例。

extends 和 implements還是有本質(zhì)區(qū)別的，extends繼承，是?is-a的關(guān)系，而implements更像是has-a的關(guān)系。所以SV中加入interface class，使其更接近高級語言所具備的特性。

抽象類和接口類如何選擇呢？抽象類是is-a的關(guān)系，解決代碼復(fù)用問題，接口類是has-a的關(guān)系，更側(cè)重于解耦，隔離接口和具體的實(shí)現(xiàn)，提高代碼的擴(kuò)展性。

基于接口而非實(shí)現(xiàn)編程（Program to an interface, not an implementation），將接口(interface)和實(shí)現(xiàn)(implements)相分離，封裝不穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)，暴露穩(wěn)定的接口。

上游系統(tǒng)面向接口而非實(shí)現(xiàn)編程，不依賴不穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這樣當(dāng)實(shí)現(xiàn)發(fā)生變化的時候，上游系統(tǒng)的代碼基本上不需要做改動，以此來降低耦合性，提高擴(kuò)展性。

UVM驗(yàn)證平臺，已規(guī)定好了hierarchy結(jié)構(gòu)和各component功能，驗(yàn)證工程師只需根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)“填充”具體內(nèi)容，屬于硬件?驗(yàn)證?，而純軟件要實(shí)現(xiàn)多交互的復(fù)雜業(yè)務(wù)側(cè)重?設(shè)計?，所以一般工作中沒有需求用到抽象類和接口類。對于沒有使用UVM方法學(xué)，自己寫Systemverilog搭建的驗(yàn)證平臺, 接口類，抽象類，純虛方法可以建立具有統(tǒng)一觀感的測試平臺，這就使任何一個工程師都可以讀懂你的代碼并且快速理解其結(jié)構(gòu)。

繼承（Inheritance）

繼承是用來表示類之間的 is-a 關(guān)系，比如狗是一種哺乳動物?？梢酝ㄟ^extends 關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)繼承（可以通過繼承+參數(shù)化的類來實(shí)現(xiàn)多繼承的效果，有點(diǎn)非常規(guī)操作，參考SystemVerilog: Reusable Class Features and Safe Initialization of Static Variables。另外interface class也可以實(shí)現(xiàn)多繼承），C++和Python既支持單重繼承，也支持多重繼承。

在構(gòu)造用例時，一般會創(chuàng)建一個base_class作為父類，子類extends繼承父類的特性，使用super關(guān)鍵字指示編譯器來顯式的引用父類中定義的數(shù)據(jù)成員和方法。

SV語法規(guī)定父類的new()函數(shù)(?構(gòu)造函數(shù)?)，子類必須顯示調(diào)用，寫出super.new()。如果父類new()函數(shù)有參數(shù)，子類也需要傳入?yún)?shù)。不管子類是否重載new()函數(shù)，都要顯式調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)。

在實(shí)際驗(yàn)證工作中，一般不會出現(xiàn)下述問題，基本繼承2次就足以覆蓋大部分需求了，但是純軟件編程可能會因?yàn)闃I(yè)務(wù)復(fù)雜，導(dǎo)致繼承過度，采用 *“多用組合少用繼承” *是一個規(guī)避辦法。

繼承的概念很好理解，也很容易使用。不過，過度使用繼承，繼承層次過深過復(fù)雜，就會導(dǎo)致代碼可讀性、可維護(hù)性變差。為了了解一個類的功能，我們不僅需要查看這個類的代碼，還需要按照繼承關(guān)系一層一層地往上查看“父類、父類的父類……”的代碼。還有，子類和父類高度耦合，修改父類的代碼，會直接影響到子類。

在SV使用中，我們也會遇到合成和繼承的選擇問題，合成使用了“有”（has-a)的關(guān)系，繼承使用了“是”（is-a)的關(guān)系。

SV構(gòu)建測試平臺并非標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)項(xiàng)目?，除了繼承與合成之外，根據(jù)現(xiàn)實(shí)的場景使用，把所用變量集成在一個類中，通過條件約束達(dá)到目的。Constraint-driven?的策略更有利于我們的驗(yàn)證工作。

如下示例：（?Systemverilog驗(yàn)證 測試平臺編寫指南 8.4?）

多態(tài)（Polymorphism）

多態(tài)是指，子類可以替換父類，父類句柄可以指向子類的實(shí)例?。(?子類句柄不可以指向父類的實(shí)例，因?yàn)樽宇愓{(diào)用的方法，父類實(shí)例中或許并不存在?)

多態(tài)的例子這里就不再列舉了，建議學(xué)習(xí)《The UVM Primer》，這是一本很好學(xué)習(xí)OOP的書籍，足以應(yīng)對工作中的絕大部分內(nèi)容。

當(dāng)父類句柄指向子類的實(shí)例時，通過父類句柄調(diào)用方法，如果方法使用virtual修飾，則會動態(tài)的調(diào)用子類的方法（?雖然是父類句柄，但是實(shí)例是子類，實(shí)際調(diào)用子類?override?(重寫or覆蓋)的方法?)。如果方法沒有使用virtual修飾，則是靜態(tài)的根據(jù)句柄調(diào)用方法（?動態(tài)：實(shí)例 靜態(tài)：句柄?）。

父類的task/function已經(jīng)用virtual修飾，子類沒有必要在加上virtual了。

所以多態(tài)的實(shí)現(xiàn)要依賴虛函數(shù)virtual，總結(jié)就是“繼承加方法重寫?”。

SV語法目前還不支持overload（重載)，override指的是重寫，也可以理解成覆蓋，一般不做詳細(xì)區(qū)分。

對于多態(tài)的底層實(shí)現(xiàn)及virtual, function override,$cast()轉(zhuǎn)化的底層原理，需要深入研究編程語言的編譯原理。檢索并沒有介紹Systemverilog的相關(guān)文章，可以通過學(xué)習(xí)C++或者Jave擴(kuò)充學(xué)習(xí)，檢索內(nèi)存模型或者對象模型獲取相關(guān)知識。

除了上述“繼承加方法重寫”實(shí)現(xiàn)多態(tài)的方法，Systemverilog也可以采用之前介紹的 interface class實(shí)現(xiàn)多態(tài)。還有一種是利用 duck-typing 語法，SV并不支持，動態(tài)語言Python才支持。

實(shí)例如下：

?

class Logger:
    def record(self):
        print(“I write a log into file.”)
        
class DB:
    def record(self):
        print(“I insert data into db. ”)
        
def test(recorder):
    recorder.record()

def demo():
    logger = Logger()
    db = DB()
    test(logger)
    test(db)

?

設(shè)計模式之美 從這段代碼中，我們發(fā)現(xiàn)，duck-typing 實(shí)現(xiàn)多態(tài)的方式非常靈活。Logger 和 DB 兩個類沒有任何關(guān)系，既不是繼承關(guān)系，也不是接口和實(shí)現(xiàn)的關(guān)系，但是只要它們都有定義了 record() 方法，就可以被傳遞到 test() 方法中，在實(shí)際運(yùn)行的時候，執(zhí)行對應(yīng)的 record() 方法。

設(shè)計原則

純軟件設(shè)計中的設(shè)計原則，對于IC的驗(yàn)證和設(shè)計工作也有指導(dǎo)意義，我們?nèi)粘９ぷ髦械囊恍傲?xí)慣”，可能就是在踐行某一個設(shè)計原則。依次列舉如下：

單一職責(zé)原則

一個類只負(fù)責(zé)一個功能，避免設(shè)計大而全的類，避免不相關(guān)的功能耦合，提高內(nèi)聚性。也可以延申到驗(yàn)證的測試用例，每個用例應(yīng)該對應(yīng)一個場景或者功能。

開閉原則

對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉。對于新加的功能，應(yīng)在已有代碼基礎(chǔ)上擴(kuò)展，而非修改已有代碼。所以在最初代碼編寫時，就應(yīng)該充分考慮可擴(kuò)展性，當(dāng)然也不是完全杜絕修改，要把握“粗細(xì)粒度”。對于已經(jīng)充分驗(yàn)證的rtl模塊，側(cè)重在原來基礎(chǔ)上新加功能，而不是“大修”原來的模塊，容易引入bug, 相應(yīng)的測試用例也可以做到最小修改。

里式替換原則

子類對象可以替換程序中出現(xiàn)的父類對象，并保證原來程序的邏輯行為的正確性。這一原則跟多態(tài)比較像，側(cè)重于繼承關(guān)系中子類該如何設(shè)計。

接口隔離原則

接口的調(diào)用者不應(yīng)該強(qiáng)迫依賴ta不需要的接口。如果B模塊內(nèi)包含B-1,B-2兩個模塊，A模塊的正常工作依賴于B-1模塊的初始配置，C模塊的正常工作依賴于B-2模塊的初始配置。B模塊的驗(yàn)證人員可以將B模塊的初始配置流程寫到一個函數(shù)中，這個函數(shù)供A，C模塊的驗(yàn)證人員調(diào)用，這個函數(shù)就像API接口一樣，調(diào)用者只負(fù)責(zé)調(diào)用，不用關(guān)心具體實(shí)現(xiàn)。如果B模塊的函數(shù)同時包含B-1,B-2的初始配置，A模塊的驗(yàn)證人員調(diào)用，雖然不會影響功能驗(yàn)證，但是B-2模塊與A模塊并無聯(lián)系，恰當(dāng)?shù)淖龇☉?yīng)該是將B-1,B-2模塊的初始配置隔離開來，供使用者按需調(diào)用。

依賴倒置原則

程序要依賴于抽象接口，不要依賴于具體實(shí)現(xiàn)。簡單的說就是要求對抽象進(jìn)行編程，不要對實(shí)現(xiàn)進(jìn)行編程，這樣就降低了客戶與實(shí)現(xiàn)模塊間的耦合。高層次的模塊不應(yīng)該依賴于低層次的模塊，他們都應(yīng)該依賴于抽象。和依賴接口編程的含義相近。

KISS、YANGI ，DRY原則

KISS: Keep It Stupid Simple 不要使用同事不懂的技術(shù)；不要重復(fù)造輪子，使用現(xiàn)有的方法；不要過度優(yōu)化；

YANGI: You Ain't Gonna Need It 不要過度設(shè)計

DRT: Don't repeat yourself 減少重復(fù)的代碼。對于重復(fù)的代碼，思考是否可以通過封裝到函數(shù)中，通過傳參的方式實(shí)現(xiàn)。

迪米特法則

Talk only to your immediate friends and not to strangers，只與你的直接朋友交談，不跟“陌生人”說話。

如果兩個模塊實(shí)體無須直接通信，那么就不應(yīng)當(dāng)發(fā)生直接的相互調(diào)用，可以通過第三方轉(zhuǎn)發(fā)該調(diào)用。其目的是降低類之間的耦合度，提高模塊的相對獨(dú)立性?！案邇?nèi)聚，松耦合”

規(guī)范與重構(gòu)

代碼風(fēng)格與規(guī)范?：Easier UVM Coding Guidelines

代碼測試?：SV單元測試方法SVUnit SVUnit Download SVUnit blog

SVUnit采用了一種特別的方式來生成task。一般task負(fù)責(zé)時序相關(guān)的驅(qū)動和采樣，開發(fā)者根據(jù)設(shè)計文檔中的時序圖編寫task代碼，但是代碼的準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證。SVUnit從另一個思路出發(fā)，直接通過時序圖，來生成對應(yīng)task。這樣便保證了task中時序的準(zhǔn)確性，畢竟時序圖要是都錯了，那只能通過review發(fā)現(xiàn)了。

SVUnit將時序圖轉(zhuǎn)化成task的方法，是通過編寫wavdrom可識別的?json格式?(?有固定格式，但是很容易上手，支持網(wǎng)頁，linux, window平臺。UserGuide?). 然后調(diào)用SVUnit中的腳本wavedromSVUnit.py解析json文件，生成時序圖對應(yīng)的代碼。SVUnit對json文件做了額外描述，可以參照 test/wavedrom_0/1下面的json文件深入理解。

示例：

json描述：

?

{
  "name": "read",
  "signal": [
    {"name": "clk",     "wave": "p|...|."  , "node": ".ab...d"},
    {"name": "psel",    "wave": "0.1...0"   },  
    {"name": "penable", "wave": "0..1..0"   },  
    {"name": "paddr",   "wave": "x.=...x"  , "data": ["addr"] },
    {"name": "pready",  "wave": "0....10"  , "input": "True", "node": "......c"},
    {"name": "prdata",  "wave": "x....=x"  , "output": "True", "data": ["data"] }
  ],  
  "input": [
    {"name": "addr", "type": "logic [7:0]"}
  ],
  "output": [
    {"name": "data", "type": "logic [31:0]"}
  ],  
  "edge": ["a~>b 8,12", "c->d pready==1"],
  config: { hscale: 3 }
}

?

waverom生成的時序圖：

自動生成的task:

這種方式的限制就是僅適用于直接測試用例。

絕大部分驗(yàn)證人員開發(fā)UVC，都是一遍debug DUT, 一遍調(diào)試驗(yàn)證平臺，并不會專門使用SVUnit對UVC進(jìn)行驗(yàn)證。但是對于sv庫的開發(fā)，使用SVUnit是一個很好的選擇。

不過仍建議在monitor, driver開發(fā)初期，同時RTL還沒有ready的情況下，使用SVUnit將波形轉(zhuǎn)化成直接的時序激勵，做一些直接用例的測試，及早發(fā)現(xiàn)問題。如果設(shè)計文檔中的波形也是使用wavedrom繪制的，那么對于驗(yàn)證人員的工作又省了一步，可以直接拿設(shè)計人員波形的json文件生成用例。

重構(gòu)?：隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，迭代，原來的代碼也會慢慢變“差”，重構(gòu)可能是一條"挽回“路徑。在項(xiàng)目初期，盡可能地劃分好驗(yàn)證平臺的組件，目錄，文件調(diào)用，宏定義，腳本等，重構(gòu)的同時也在引入不確定性。

　　審核編輯：湯梓紅