SystemVerilog中“軟約束”與“硬約束”的應(yīng)用示例

在SystemVerilog中，約束一般分為兩種：一種稱之為“硬約束hard constraint”，這種也是我們經(jīng)常使用到的約束方式，還有另外一種稱之為“軟約束soft constraint”，那么這個“軟約束”是如何使用產(chǎn)生約束呢？本文將通過示例說明“軟約束”的使用方法和注意事項(xiàng)。

“軟約束”之所以“軟”主要是因?yàn)椤败浖s束”提供給了用戶更多的自適應(yīng)性，用戶可以通過各種其他約束方式實(shí)現(xiàn)對于“軟約束”的各種蹂躪。一般情況下，用戶使用“軟約束”實(shí)現(xiàn)默認(rèn)約束的設(shè)置，當(dāng)有新的約束或者更高優(yōu)先級的約束時，盡管此時新的約束可能與“軟約束”設(shè)置約束沖突，但是也不會產(chǎn)生任何warning，但是同樣的約束沖突對于“硬約束”是無法忍受的，如下例。

【示例】“硬約束”約束沖突

【仿真結(jié)果】

示例中采用的是“硬約束”，因?yàn)槎x在類中的約束與隨機(jī)時指定的內(nèi)嵌約束“矛盾”，所以導(dǎo)致約束解析器解析隨機(jī)失敗，即“硬約束”要求所有相關(guān)的約束條件不能互相矛盾，否則將會隨機(jī)失敗。同樣的示例，如果我們采用“軟約束”結(jié)果就不一樣了，如下例。

【示例】

【仿真結(jié)果】

從仿真結(jié)果可以看到，在類中對變量dat_length進(jìn)行約束時通過關(guān)鍵字“soft”指定當(dāng)前約束為“軟約束”，前類的對象隨機(jī)時指定內(nèi)嵌約束進(jìn)行約束時，原來在類中通過“soft”指定的隨機(jī)約束會被隨機(jī)時指定的內(nèi)嵌約束overriden，所以最終的隨機(jī)結(jié)果dat_length為64，并且解析器也不會產(chǎn)生error或者warning。

除了上例這種“軟約束”與“硬約束”交叉使用以外，在SystemVerilog中約束可以設(shè)置的方式很多，并且會存在各種約束比“軟硬”的情況，為此，下面我們將通過各種交叉使用情況學(xué)習(xí)“軟約束”到底有多“軟”。

【示例】類中使用“軟約束”，隨機(jī)時使用內(nèi)嵌“軟約束”

【仿真結(jié)果】

從仿真結(jié)果可以看到，類中使用約束塊定義了“軟約束”，在對象隨機(jī)時通過內(nèi)嵌約束又指定了新的“軟約束”，并且兩處“軟約束”并無交集，但是仿真結(jié)果中原有類中定義的約束塊并沒有起作用，起作用的是對象隨機(jī)時指定的“軟約束”，即內(nèi)嵌約束中的“軟約束”優(yōu)先級高于類中約束塊中定義的“軟約束”，其取值范圍可示意為下圖。

【示例】類中使用“硬約束”，隨機(jī)時使用內(nèi)嵌“軟約束”，并且約束無交集

【仿真結(jié)果】

示例中，類中約束塊中采用了“硬約束”，對象隨機(jī)內(nèi)嵌約束中使用了“軟約束”，并且“軟約束”與“硬約束”無交集，從仿真結(jié)果可以看出，雖然內(nèi)嵌約束在使用順序上晚于“硬約束”，但是此時“軟約束”并沒有起作用，即“軟約束”優(yōu)先級低于“硬約束”，其取值范圍可示意為下圖。

【示例】類中使用“硬約束”，隨機(jī)時使用內(nèi)嵌“軟約束”，并且約束有交集

【仿真結(jié)果】

示例中，當(dāng)“硬約束”和“軟約束”同時有效時，此時進(jìn)行隨機(jī)的數(shù)值范圍為“硬約束”和“軟約束”的交集，其取值范圍可示意為下圖。

通過上述幾個示例，可以看到當(dāng)同時存在“硬約束”和“軟約束”時，“硬約束”的優(yōu)先級更高，并且形成了對于“軟約束”的碾壓。當(dāng)“硬約束”和“軟約束”有交集時去兩者交集，當(dāng)“硬約束”和“軟約束”無交集時，“硬約束”有效，“軟約束”無效。上述示例是“硬約束”和“軟約束”之間的關(guān)系，那么要是存在一堆“軟約束”時，到底哪個約束或者哪幾個約束會起作用呢？我們看下面的示例。

【示例】同一個類中存在多個“軟約束”，且約束集無交集

【仿真結(jié)果】

示例中，在packet的內(nèi)部定義了兩個約束塊，并且兩個約束塊沒有交集，此時最終的仿真結(jié)果可以看出來取值范圍受第二個約束塊約束，即在相同的作用域內(nèi)，如果有多個“軟約束”，且約束塊無交集時，那么最后一個“軟約束”具有最高優(yōu)先級，起決定作用，其取值范圍可示意為下圖。

【示例】同一個類中存在多個“軟約束”，且約束集有交集

【仿真結(jié)果】

示例中，在packet的內(nèi)部定義了兩個約束塊，并且兩個約束塊有交集，此時最終的仿真結(jié)果可以看出來取值范圍受二個約束塊的交集約束，即在相同的作用域內(nèi)，且約束塊有交集時，那么取值范圍由兩個“軟約束”的交集決定，其取值范圍可示意為下圖。

因?yàn)閮?nèi)嵌約束實(shí)際上相當(dāng)于類本身的拓展約束，所以如果類本身和內(nèi)嵌約束都是用了“軟約束”時，其作用效果也分為兩種情況，第一種是有交集，此時隨機(jī)變量的最終約束范圍由多個約束塊的交集決定；第二種是無交集，此時隨機(jī)變量的最終約束范圍由最后一次定義的“軟約束”決定，即由內(nèi)嵌約束快中的“軟約束”決定。

上述示例都是針對SystemVerilog內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義的，如果隨機(jī)變量使用戶定義的類呢？請看下面示例。

【示例】

【仿真結(jié)果】

示例中，A和B都對其中元素進(jìn)行了“軟約束”，在C中對于A和B的兩個句柄指向?qū)ο蟮脑卦俅芜M(jìn)行“軟約束”，當(dāng)Cobj指向的對象在隨機(jī)化時，此時Aobj和Bobj指向?qū)ο笾械脑夭皇茴怉和B中定義的約束塊中“軟約束”影響，此時Aobj和Bobj僅受其所在類中約束塊的影響，即類中對于其元素的“軟約束”的優(yōu)先級高于元素本身定義時指定的“軟約束”。但是如果A和B本身對于其中元素采用的是“硬約束”，那么此時C中的“軟約束”也將給“硬約束”讓路。

通過上述的示例，soft約束在某種程度上提供了對于隨機(jī)變量的默認(rèn)約束，當(dāng)有其他約束存在時，soft約束將會按照一定的優(yōu)先級規(guī)律受到影響，甚至被overriden，具體可以總結(jié)如下：

“軟約束”可以用于設(shè)置默認(rèn)約束，并且同一個類中的多個“軟約束”之間可以沒有交集；

同一個類中對于某個隨機(jī)變量的多個“軟約束”，如果這些約束沒有交集，那么最終有效的是將是距離調(diào)用randomize()最近的“軟約束”；

類中使用“軟約束”，隨機(jī)時使用了內(nèi)嵌“軟約束”，內(nèi)嵌約束的優(yōu)先級高于類中定義時指定的“軟約束”；

某個隨機(jī)變量的“軟約束”優(yōu)先級低于其“硬約束”；

當(dāng)“硬約束”和“軟約束”同時有效時且有交集，此時進(jìn)行隨機(jī)的數(shù)值范圍為“硬約束”和“軟約束”交集；

在父類和子類中對于某個隨機(jī)變量都進(jìn)行了約束，則子類約束優(yōu)先級高于父類中的優(yōu)先級；

當(dāng)A類作為B類的成員，那么A類中的“軟約束”優(yōu)先級低于B中“軟約束”；

綜上所述，“軟約束”可用于設(shè)置默認(rèn)約束，優(yōu)先級低于“硬約束”，同樣的“軟約束”又根據(jù)其編寫和調(diào)用的順序優(yōu)先級逐漸提高，最底層的“軟約束”最“軟”，整個約束的關(guān)系如下圖所示。