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【IC每日一题：IC验证面试常问-3】

- 1.1 SV约束如何使用以及有哪几种方式？'”:=“和":/"的区别？，rand和randc的区别？如何关闭约束？
- 1.2 代码覆盖率、功能覆盖率、SVA覆盖率都是衡量什么的；
- 1.3 如何检查随机化是否成功？什么时候randomize()会失败？
- 1.4 $cast在句柄转换时如何使用？如何检查句柄是否指向有效对象？
- 1.5 随机化的优势是什么，是不是意味着不再需要定向case了?
- 1.6 randomize with{}中的约束与class中的约束是什么关系？
- 1.7 什么是虚方法virtual method？虚接口virtual interface是什么以及为什么要使用虚接口？
- 1.8 SV中的package用途是什么？如何使用？
- 1.10 modport的用途是什么？

#1 SV相关

1.1 SV约束如何使用以及有哪几种方式？'”:=“和"😕"的区别？，rand和randc的区别？如何关闭约束？

随机化和约束是SV中写case时非常重要的点：用于限制随机变量的取值范围或满足特定的条件。约束可以应用于类（class）中的随机变量，以确保在随机化过程中生成的数值符合预期的设计要求；极大简化验证环境的编写和提高覆盖率；
约束的常见方式：
分布约束：使用dist;
条件约束：if语句, 逻辑运算符等；
区间约束：inside

约束的示例：

class Packet;rand bit [7:0] data;constraint c_data { data inside {[0:127]}; }
endclassclass Packet;rand bit [7:0] data;rand bit [1:0] mode;constraint c_data_mode { (mode == 2'b00) -> data inside {[0:31]};(mode == 2'b01) -> data inside {[32:63]};(mode == 2'b10) -> data inside {[64:95]};(mode == 2'b11) -> data inside {[96:127]}; }
endclassclass Packet;rand bit [7:0] data;constraint c_data_weight { data dist {[0:31] :/ 50, [32:63] :/ 30, [64:95] :/ 15, [96:127] :/ 5}; }
endclassclass Packet;rand bit [7:0] data;constraint c_data_set { data inside {[0:31], [64:95]}; }
endclassclass Packet;rand bit [7:0] data;rand bit enable;constraint c_data_enable { if (enable) data inside {[0:31]}; else data inside {[32:63]}; }
endclassclass UniqueConstraintExample;rand int a[];constraint c1 {a.size() == 3;  // 数组大小为 3foreach (a[i]) {a[i] inside {[1:10]};  // 每个元素在 1 到 10 之间}unique {a};  // 数组中的所有元素都是唯一的}
endclassclass CrossVariableConstraintExample;rand int a;rand int b;// 约束constraint c1 {(a + b) < 20;  // a 和 b 的和小于 20}
endclassclass SoftConstraintExample;rand int a;rand int b;// 约束constraint c1 {a < 10;  // 硬约束soft b < 5;  // 软约束}
endclass

:=: 用于直接指定变量的值或值的集合。
😕: 用于为变量的不同取值分配权重，以控制随机化过程中每个值被选中的概率。

class Packet;rand bit [7:0] data;constraint c_data { data := 8'hFF; }  // 数据必须为0xFF
endclassclass Packet;rand bit [7:0] data;constraint c_data_weight { data dist {[0:31] :/ 50, [32:63] :/ 30, [64:95] :/ 15, [96:127] :/ 5}; }
endclass

rand: 声明一个随机变量，可以取指定范围内的任意值。每次随机化时，rand变量可以取到范围内的任何值，包括之前已经取过的值。
randc: 声明一个循环随机变量，它会在指定范围内循环取值。每次随机化时，randc变量会遍历所有可能的值，直到所有值都被使用过一次

class Packet;rand bit [3:0] data; // 可以取0到15之间的任意值randc bit [2:0] control; // 可以取0到7之间的值，并且会循环取值
endclass

如何关闭约束：
disable_constraint和enable_constraint方法分别用于关闭和启用约束。constraint_mode函数用于设置约束的模式；solve方法用于临时解决约束冲突。

class Example;rand int a;rand int b;// 约束constraint c1 {a < 10;}constraint c2 {b > 5;}
endclassmodule tb;initial beginExample ex = new();// 禁用 c1 约束ex.constraint_mode(c1, 0);// 禁用 c1 约束ex.disable_constraint("c1");// 重新启用 c1 约束ex.enable_constraint("c1");// 只解决 c2 约束if (ex.randomize() with { solve c2; }) begin$display("a = %0d, b = %0d", ex.a, ex.b);end else begin$display("Randomization failed");if (ex.randomize()) begin$display("a = %0d, b = %0d", ex.a, ex.b);end else begin$display("Randomization failed");endend
endmodule

使用方法：
定义约束块：在类中定义一个约束块（constraint block），用于限制随机变量的取值范围或满足特定的条件。
应用约束：在随机化方法（如randomize()）中应用约束块，以确保随机生成的值符合约束条件。

1.2 代码覆盖率、功能覆盖率、SVA覆盖率都是衡量什么的；

代码覆盖率，主要由行覆盖率、条件覆盖率、fsm覆盖率、跳转覆盖率、分支覆盖率，他们是否都是运行到的，比如 fsm，是否各个状态都运行到了，然后不同状态之间的跳转是否也都运行到了。
用途：代码覆盖率主要用于确保设计的所有代码都被充分测试；
功能覆盖率的话主要是自己编写covergroup和coverpoint去覆盖我们想要覆盖的数据和地址或者其他控制信号。
类型：
状态覆盖率（State Coverage）：测量设计的状态机中的每个状态是否被访问到。
事务覆盖率（Transaction Coverage）：测量设计中的每个事务（如总线传输）是否被覆盖到。
交叉覆盖率（Cross Coverage）：测量多个变量或参数的组合是否被覆盖到。
序列覆盖率（Sequence Coverage）：测量设计中的特定序列是否被覆盖到。
用途：功能覆盖率主要用于确保设计的所有功能点都被充分测试，有助于发现未覆盖的功能场景，从而提高设计的功能完整性和正确性。
断言覆盖率主要检测我们的时序关系是否都运行到了,比如总线的地址数据读写时序关系是否都有实现。
类型：
断言覆盖率（Assertion Coverage）：测量每个断言是否被触发到。
断言失败覆盖率（Assertion Failure Coverage）：测量每个断言是否被触发并失败。
断言通过覆盖率（Assertion Pass Coverage）：测量每个断言是否被触发并通过

用途：主要用于总线时序关系；

1.3 如何检查随机化是否成功？什么时候randomize()会失败？

可以通过立即断言检查随机化是否成功：例如 assert（p.randomize()) 来检查p句柄指向的实例是否实例化成功
失败的可能原因：最常见的原因：1.变量对象没有声明rand或randc； 2.constraint 有冲突，无法随机出值；
1.约束冲突：
如果约束条件之间存在冲突，使得没有任何一组值能够同时满足所有的约束条件，randomize() 会失败。
例如，如果有两个约束条件 a < 5 和 a > ⅛，并且 a 的类型是 int，那么这两个约束条件之间就存在冲突，因为没有整数值能满足这两个条件。
2.无效的约束：
如果约束表达式本身是无效的或不合法的，randomize() 会失败。
例如，如果约束表达式中包含语法错误或逻辑错误，randomize() 会失败。
3.约束求解器无法找到解决方案：
在某些复杂的情况下，约束求解器可能无法找到满足所有约束条件的解决方案。
例如，如果约束条件非常复杂或涉及大量的变量，求解器可能无法在合理的时间内找到解决方案。
4.随机化次数限制：
如果设置了随机化尝试的最大次数（例如使用 set_max_randomization_tries 方法），并且在达到最大次数之前没有找到满足所有约束条件的解决方案，randomize() 会失败。

class MyClass;rand int a;rand int b;// 约束constraint c1 {a < 5;a > ⅛;  // 这里存在约束冲突}
endclassmodule tb;initial beginMyClass obj = new();// 设置最大随机化尝试次数obj.set_max_randomization_tries(1000);// 尝试随机化if (obj.randomize()) begin$display("Randomization succeeded: a = %0d", obj.a);end else begin$display("Randomization failed after 1000 tries");endend
endmodule

1.4 $cast在句柄转换时如何使用？如何检查句柄是否指向有效对象？

判断句柄是否有效：
$cast：用于安全地将一个对象句柄从一种类型转换为另一种类型。转换成功返回 1，失败返回 0。
检查句柄是否指向有效对象：通过检查对象句柄是否为 null 来确定它是否指向一个有效的对象。

$cast(目标句柄, 源句柄);class Base;// 基类定义
endclassclass Derived extends Base;// 派生类定义
endclassmodule test;Base base_h;  // 基类句柄Derived derived_h;  // 派生类句柄initial begin// 创建一个派生类对象，并将其句柄赋值给基类句柄derived_h = new;base_h = derived_h;// 尝试将基类句柄转换为派生类句柄if ($cast(derived_h, base_h)) begin$display("Cast successful. Derived handle points to a valid object.");end else begin$display("Cast failed. Derived handle does not point to a valid object.");end// 销毁派生类对象derived_h = null;// 再次尝试转换，此时应该失败if ($cast(derived_h, base_h)) begin$display("Cast successful. Derived handle points to a valid object.");end else begin$display("Cast failed. Derived handle does not point to a valid object.");endend
endmodule

1.5 随机化的优势是什么，是不是意味着不再需要定向case了?

随机化的优势：

覆盖率提高：随机化可以生成大量的随机测试用例，从而提高代码覆盖率和功能覆盖率。这有助于确保设计的所有部分都得到了充分的验证。
边界情况测试：随机化可以自动生成边界情况的测试用例，这些情况在定向测试中可能容易被忽略。
*提高验证效率：自动化：随机化可以自动化生成测试激励，减少手动编写测试用例的工作量。快速迭代：可以快速生成新的测试用例，加快验证过程，尤其是在回归测试中；
更好的回归测试：后期的更好的进行回归测试，撞出bug；种子管理：通过管理随机种子，可以重现特定的测试用例，便于调试和分析；

定向case的优势：
在验证的早期阶段，定向测试可以帮助快速发现和修复明显的问题。
对于一些特定的功能或场景，定向测试可能是唯一有效的验证方法。
验证后期，针对随机化覆盖率提高不上去，需要写定向case来提高覆盖率；

1.6 randomize with{}中的约束与class中的约束是什么关系？

andomize 方法的 with {} 子句允许你在随机化过程中临时添加或覆盖类中定义的约束;允许你在不修改原有类定义的情况下，动态地改变随机化的行为;

类中的约束是全局的，适用于类的所有实例和所有随机化过程。这些约束定义了类的属性在随机化时可以取的值的范围和条件。
randomize with {} 中的约束是局部的，只在当前的随机化过程中生效，并且可以覆盖或补充类中定义的约束; 优先级比类中的约束高；

class Packet;rand int addr;rand int data;// 类中的约束constraint c1 {addr inside {[0:255]};data inside {[0:255]};(addr + data) < 2¾;}
endclassmodule tb;initial beginPacket pkt = new();// 使用类中定义的约束进行随机化if (pkt.randomize()) begin$display("Default randomization: addr = %0d, data = %0d", pkt.addr, pkt.data);end else begin$display("Default randomization failed");end// 使用 with {} 子句临时覆盖约束if (pkt.randomize() with { addr == 10; data == 20; }) begin$display("With {} randomization: addr = %0d, data = %0d", pkt.addr, pkt.data);end else begin$display("With {} randomization failed");endend
endmodule

1.7 什么是虚方法virtual method？虚接口virtual interface是什么以及为什么要使用虚接口？

虚方法：虚方法是在类中定义的可以被子类重写（override）的方法。使用 virtual 关键字可以确保在运行时调用正确的方法版本，即使是通过基类的句柄来调用派生类的方法。这是面向对象编程中的多态性的体现。

class Base;virtual function void display();$display("Base class display");endfunction
endclassclass Derived extends Base;virtual function void display();$display("Derived class display");endfunction
endclassmodule test;Base base_h;Derived derived_h;initial beginbase_h = new;derived_h = new;base_h.display();  // 输出: Base class displayderived_h.display();  // 输出: Derived class displaybase_h = derived_h;base_h.display();  // 输出: Derived class displayend
endmodule

虚接口：虚接口是一个指向接口实例的句柄，它允许在不同的模块或类之间共享同一个接口实例。使用 virtual 关键字可以确保接口的信号在不同的模块中保持同步。虚接口通常用于连接测试平台（testbench）和设计（DUT），以便在验证环境中传递信号和控制信息。通过使用虚接口，可以避免在不同的模块中复制接口实例，从而减少代码重复，提高代码的可维护性和可重用性

// 接口定义
interface my_interface (input logic clk);logic reset;logic [7:0] data_in;logic [7:0] data_out;// 时钟边沿检测clocking cb @(posedge clk);output data_in;input  data_out;endclocking
endinterface// DUT 模块
module DUT (input logic clk, input logic reset, input logic [7:0] data_in, output logic [7:0] data_out);always_ff @(posedge clk or posedge reset) beginif (reset) begindata_out <= 8'b0;end else begindata_out <= data_in + 1;  // 一个简单的加法操作endend
endmodule// 测试平台
module tb;// 时钟和复位信号logic clk;logic reset;// 创建接口实例my_interface intf(clk);// 创建 DUT 实例并连接接口DUT dut (.clk(clk),.reset(reset),.data_in(intf.data_in),.data_out(intf.data_out));// 创建虚接口virtual my_interface vif;// 任务：初始化时钟task initialize_clock();clk = 0;forever #5 clk = ~clk;endtask// 任务：初始化复位task initialize_reset();reset = 1;#10;reset = 0;endtask// 任务：驱动数据task drive_data(input logic [7:0] data);vif.cb.data_in <= data;@(posedge clk);endtask// 任务：监测数据task monitor_data();forever @(posedge clk) begin$display("Time: %0t, Data In: %0h, Data Out: %0h", $time, vif.cb.data_in, vif.cb.data_out);endendtaskinitial begin// 初始化时钟forkinitialize_clock();join_none// 初始化复位initialize_reset();// 将接口实例赋值给虚接口vif = intf;// 启动监测任务forkmonitor_data();join_none// 驱动数据drive_data(8'hAA);drive_data(8'hBB);drive_data(8'hCC);// 停止仿真#100 $finish;end
endmodule

1.8 SV中的package用途是什么？如何使用？

package是一种将相关的类、类型定义、常量、函数和任务组织在一起的机制。它的主要用途是提供代码的封装和重用，以及避免命名冲突；

// 定义一个包
package my_package;// 类型定义typedef struct {int id;string name;} person_t;// 常量parameter int MAX_VALUE = 100;// 函数function int add(int a, int b);return a + b;endfunction// 任务task print_hello(string name);$display("Hello, %s!", name);endtask// 类class Person;int id;string name;function new(int id, string name);this.id = id;this.name = name;endfunctionfunction void display();$display("ID: %0d, Name: %s", id, name);endfunctionendclassendpackage// 导入整个包
import my_package::*;
// 导入特定的内容
import my_package::add;
import my_package::Person;module tb;initial begin// 使用包中的类型定义person_t p1;p1.id = 1;p1.name = "Alice";// 使用包中的常量$display("Max Value: %0d", MAX_VALUE);// 使用包中的函数$display("Add Result: %0d", add(5, 7));// 使用包中的任务print_hello("Bob");// 使用包中的类Person p2 = new(2, "Charlie");p2.display();end
endmodule

1.10 modport的用途是什么？

用于在接口（interface）中定义端口的方向和用途，在接口中明确指定哪些信号是输入，哪些是输出，以及哪些是双向的；主要用途是在设计中清晰地定义模块之间的信号交互。

// 定义一个接口
interface my_interface (input logic clk);logic reset;logic [7:0] data_in;logic [7:0] data_out;logic req;logic ack;// 定义 modportmodport master (input  clk,output reset,output data_in,input  data_out,output req,input  ack);modport slave (input  clk,input  reset,input  data_in,output data_out,input  req,output ack);
endinterface// 主设备模块
module Master (my_interface.master m_if);// 模块逻辑always_ff @(posedge m_if.clk or posedge m_if.reset) beginif (m_if.reset) begin// 重置逻辑end else begin// 正常逻辑m_if.req <= 1;m_if.data_in <= 8'hAA;endend
endmodule// 从设备模块
module Slave (my_interface.slave s_if);// 模块逻辑always_ff @(posedge s_if.clk or posedge s_if.reset) beginif (s_if.reset) begin// 重置逻辑s_if.ack <= 0;end else if (s_if.req) begin// 正常逻辑s_if.ack <= 1;s_if.data_out <= s_if.data_in + 1;endend
endmodule

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