路科V0P23P25线程控制-线程同步-线程通信

线程控制

什么是线程

• 线程是独立运行的程序；
• 需要被触发，可以结束或者不结束；
• 在module中的initial和always，都可以看做独立的线程，会在仿真0时刻开始，选择结束或者不结束；
• 硬件模型中，由于都是always语句块，所以可以看成是多个独立运行的线程，他们一直占用着仿真资源，因为不会结束；
• 验证环境中需要由initial语句块去创建，在仿真过程中，验证环境中的对象可以创建和销毁，因此验证环境中的资源是动态的。
• 验证环境中的initial语句块有两种分组方式，begin..end和fork..join
  • begin..end ： 顺序方式执行
  • fork..join ： 并发方式执行
  • 与fork..join类似的，还有fork..join_any和fork..join_none
• 线程的执行轨迹是树状结构，任何线程都有父线程；
• 父线程可以开辟若干个子线程，父线程可以暂停或者终止子线程；
• 子线程终止时，父线程可以继续执行；
• 父线程终止时，它的所有子线程都会终止；

并行线程

• fork..join : 等待所有子线程结束，才会继续执行后面的；
• fork..join_any : 只要有一个子线程结束(最短的先结束)，就会继续执行后面的；
• fork..join_none : 不需要等待任何子线程结束，就可以继续执行后面的；
• 注意 ： 虽然无需等待，但是fork..join_any和fork..join_none执行后面的时候，前面的子线程还在执行；
• 如果要等待这些子线程都完成，或者停止这些子线程，可以使用wait fork或者disable fork；

fork
    begin
        $display("First Block\n");
        # 20ns;
    end
    begin
        $display("Second Block\n");
        @eventA;
    end
join

task do_test;
    fork
        exec1();
        exec2();
    join_any
    fork
        exec3();
        exec4();
    join_none
    wait fork   //等待所有子线程结束
endtask

时序控制

• SV中可以通过延迟控制或者事件等待来完成时序控制；
• 延迟控制通过#完成； #10 rega = regb;
• 事件控制（event）通过@完成；
  • @r rega = regb;
  • @(posedge clock) rega = regb;
• wait语句可以与事件或者表达式结合，来完成时序控制；
  • real AOR[]; initial wait(AOR.size() > 0) ...;

线程同步

概述

• 测试平台中所有线程都需要同步并交换数据；
• 一个线程等待另外一个，比如验证环境需要等待所有激励结束，比较结束才能结束仿真；
• 比如监测器需要将数据发送到检查器，检查器又需要从不同的缓存获取数据进行比较；

线程同步的第一个类型：event事件

• 可以通过event声明一个event变量，并且触发它；
• 这个event变量可以用来控制多个线程间的同步；一端触发，另一端阻塞等待；
• 通过->操作符触发事件；
• 其他等待该事件的线程可以通过@操作符或者wait()来检查event的触发状态；
• wait_order()方法： 可以使线程保持等待，直到在参数列表中的事件event按照从左到右的顺序依次完成；
• 如果参数列表中的事件被触发，但是没有按照要求顺序，也会失败；

event done, blast;
event done_too = done;
task trigger(event ev);
    -> ev;
endtask

fork
    @ done_too;
    #1 trigger(done);
join

fork
    ->blast;
    wait(blast.triggered);
join


// wait_order
wait_order(a,b,c) else
    $display("Error: events out of order");

bit success;
wait_order(a,b,c) 
    success = 1;
else
    success = 0;

线程同步的第二个类型：旗语semaphore

• 旗语可以看做打开共享资源大门的钥匙；用于访问控制保护；
• 创建旗语时，会为其分配固定的钥匙数量；
• 使用旗语时，必须先获得钥匙，才能继续执行；
• 旗语的钥匙数量可以有多个，等待旗语钥匙的线程也可以有多个；
• 旗语通常用于互斥，对共享资源的访问控制，以及基本的同步；

旗语的创建

• 创建旗语，并为他分配钥匙的方式：
  • semaphore sm; sm = new();
• 创建一个固定钥匙数量的旗语，new(N)
• 从旗语那里获取一个或者多个钥匙（阻塞型）： get(N=1)
• 将一个或者多个钥匙返回到旗语中： put(N=1)
• 尝试获取一个或者多个钥匙，而不阻塞： try_get(N=1)
• new函数默认为0,但是可以put超过开始的数量值；
• new()返回旗语的句柄；
• put() : 如果其他进程在等待旗语，则应该在该进程有足够数量钥匙的情况下返回；
• get() : 如果指定数量的钥匙可用，则方法返回并继续执行，如果不足，进程阻塞直到钥匙数目充足；
• 旗语的等待队列是FIFO的，先排队的先获得；
• try_get() : 如果指定数目可用，返回正数并继续执行，否则，返回0；

线程通信

除了event、semaphore之外，还有mailbox信箱

信箱可以放置任何类型，可以设置尺寸大小，防止存储数据过多占用资源，信箱也是FIFO的

信箱的内建方法

• new() : 创建信箱，默认尺寸bound为0，表示不限制大小，否则限制为最大值N；
• put() : 将信息写入信箱，如果信箱已满，则put被挂起，直到可以有新的空间；
• try_put() : 尝试写入信箱，不发生阻塞；如果满，不阻塞，返回0,否则成功返回1；
• get() : 从信箱中获取信息，并取出
• peek() : 获取信息，但是不取出，只是拷贝，如果信箱为空，peek会挂起，直到有消息；
• try_get() try_peek() : 非阻塞取出
• num() : 获取信箱信息的数目；

参数化信箱

• 虽然信箱可以存放各种数据类型，但是为了之后用的方便，在声明时最好指定存储类型；
• 这种参数化信箱的方式可以在编译时就能检查出类型不匹配的情况；

typedef mailbox #(string) s_box;
s_box sm = new;
string s;
sm.put("hello");

sm.get(s);

信箱和队列的区别

• 信箱必须通过new例化，但是队列只需要声明即可；
• 信箱的存取方法put()和get()是阻塞方法，但是队列的存取方法，push_back()和pop_front()方法是非阻塞的，会立即返回；
• 在传递形参时，如果是input方向，信箱类型传递到是句柄，而队列类型则是完成的队列内容的拷贝；

线程通信的比较

• event ： 最小信息量触发，即单一通知功能，可以用来做事件的触发，也可以多个事件组合起来用作线程同步；
• semaphore : 共享资源的卫士，如果多线程对某一共享资源做访问，则可以使用这个要素；
• mailbox ： 精小的SV原生FIFO，在线程之间做数据通信或者内部数据缓存时考虑使用这个元素；