随机约束和分布

约束

权重分布

约束块控制

内嵌约束

随机函数

数组约束

随机控制

随机约束和分布

随着芯片体积增大、复杂度提高，定向测试已经无法满足验证的需求，随机测试的比例逐渐升高。定向测试能找到你认为可能存在的缺陷，而随机测试可以找到你想都没想到的缺陷。

随机测试的环境要求比定向测试复杂，它除了需要激励，还需要参考模型和在线比较，上百次的仿真不需要人为参与，它可以减少相当的代码，产生的激励也较定向测试更多样。

随机的约束不但可以指定数据的取值范围，还可以指定各个数值的随机权重分布。

那么一般可以随机什么东西呢？

1.器件配置：配置寄存器的值和系统信号。

2.环境配置：随机化验证环境，例如合理的时钟和外部反馈信号。

3.原始输入数据：例如数据包的长度、带宽，数据间的顺序。

4.延时：握手信号之间的时序关系，例如 valid 和 ready ，req 和 ack 之间的时序关系。

5.协议异常：如果反馈信号给出异常值，那么设计是否可以保持后续数据处理的稳定性呢？

随机属性的声明，一般使用 rand 或者 randc 来表示它的随机属性，randc 和rand 的区别在于，randc 表示周期性的随机，即所有可能的值都赋过值后随机值才能重复。要注意 rand 和randc 使用的对象必须是类的成员变量，不能是静态变量。随机属性需要配合SV预定义的类随机函数 std::randomize() 使用。即只有通过声明rand变量，并且在后期通过对象调用randomize() 函数才可以随机化变量。约束 constraint 也同随机变量一起在类中声明。

如上图，在定义类Packet的时候，给类中的成员变量下了rand和randc的属性声明，下随机声明的时候，通常还要伴随约束，也就是后面的constraint。Packet类里面没有new函数，这个是允许的，在类声明的时候没有内置new函数的时候系统会默认在new类时，给类里面的所有成员变量赋初值0。Packet p 这条语句不是创建一个对象， 而是声明一个类的句柄，在initial语句块里面的p = new()才是创建了一个对象。

randomize（）是一个随机函数，为类里所有的rand和randc类型的随机变量赋一个随机值，并且保证不违背所有有效的约束，随机成功了函数返回1，随机失败了返回0。

约束

约束表达式的求解是由SV的约束求解器（constraintsolver）完成的。

求解器能够选择满足约束的值，这个值是由SV的PRNG（伪随机数发生器 Pseudo random number generator）从一个初始值（seed）产生。只要改变种子的值，就可以改变CRT的行为。

什么可以被约束？SV只能随机化2值数据类型，但位可以是2值或者4值。这就是说，无法随机出X值和值，也无法随机化字符串。

上面这个例子里，类Stim中，只有枚举类型 kind 和三个bit类型的len src和dst是随机的。其他都不是随机的。这里面变量congestion_test不是随机的，所以我们可以通过外部控制congestion_test变量的取值来改变类内部随机变量的约束取值范围。

权重分布

关键词 dist 可以在约束中用来产生随机数值的权重分布，这样某些值的选取机会要比其他值更大一些。dist 操作符带有一个值的列表以及相应的权重，中间用：=或者：/分开。值或权重可以是常数或者是变量。权重不用百分数表示，权重的和也不必是100。：=操作符表示值范围内的每一个值的权重是相同的。：/操作符表示权重要平均到值范围内的每一个值。

如下面例子解释：

inside 是常见的约束运算符，表示变量应该属于某一个值的集合，除非还存在其它约束，否则随机变量在集合里取值的概率是相等的。集合里也可以使用变量。

还可以通过->或者if-else来让一个约束表达式在特定条件下有效。

我们要知道，约束块不像自上向下执行的程序性代码，它们是声明性的代码，是并行的，所有的约束表达式同时有效。

如果父类里面有约束，子类里面也有约束，并且子类继承了父类，那么在对子类里的变量进行随机化操作的时候，随机出来的变量既会满足子类里的约束也会满足父类里的约束条件。

约束块控制

一个类可以包含多个约束块。可以把不同约束块用于不同测试。使用constraint_mode()函数来控制。

一般情况下，各个约束块之间的约束内容是互相协调不违背的，因此通过随机函数产生随机数可以找到合适的解。

对于其它情况，例如根据不同需要，来选择使用哪些约束块，禁止哪些约束块的要求，可以使用内建的 constraint_mode( ) 函数打开或者关闭。可以用 handle.constraint.contraint_mode( ) 控制一个约束块，用handle.constraint_mode()控制对象的所有约束。

内嵌约束

伴随着复杂的约束，它们之间会相互作用，最终产生难以预测的结果，用来使能和禁止这些约束的代码也会增加测试的复杂性。

SV允许使用randomize() with 来增加额外的约束这和在类里增加约束是等效的。

在类里面约束块中，对地址的约束前面有一个关键词soft，代表该对地址的约束属于一个软约束，当外部的约束和该约束冲突的时候，取外面的约束有效。

随机函数

有时需要在调用randomize()之前或之后立即执行一些操作，例如在随机前设置类例的一些非随机变量（上下限、条件值、权重），或者在随机化之后需要计算随机数据的误差、分析和记录随机数据等。

SV提供了两个预定义的 void 类型函数 pre_randomize() 和 post_randomize() 函数。用户可以在类中定义这两个函数，分别在其中定义随机化前的行为和随机化后的行为。如果某个类中定义了 pre_randomize() 或者 post_randomize() 函数，那么对象在执行了randomize()之前或者之后会分别执行这两个函数。可以把这两个函数认为是 randomize() 函数的回调函数（callback function）

SV提供了一些常用的系统随机函数，这些随机函数可以直接调用来返回随机值。

※ $random( ) 平均分布，返回32位有符号随机数。

※ $urandom( ) 平均分布，返回32位无符号随机数。

※ $urandom_range( A,B) 在指定范围内的平均分布。

在调用randomize( )时可以传递变量的一个子集，这样只随机化类里的几个变量。只有参数列表里的变量才会被随机化，其它变量会被当做状态变量而不会被随机化。

这里要注意的是：这种应用针对的是类里所有被指定或者没有被指定rand的变量都可以作为randomize()的参数而被随机化。

数组约束

约束动态数组的大小：

多数情况下，数组的大小应该给定范围，防止生成过大体积的数组或者空数组。

SV可以利用foreach对数组的每一个元素进行约束，和直接写出对固定大小数组的每一个元素的约束相比，foreach更加简洁。针对动态数组，foreach更适合于非固定大小数组中每个元素的约束。

使用foreach产生递增的数组元素的值：

产生具有唯一元素值的数组：

产生随机数组的元素：

在上面的例子中，array[]是一个存放句柄的动态数组，function new函数的目的，就是让动态数组中的每个元素的句柄，都有指向对象，这样在随机化ra的时候，随机操作传递到对array随机，然后因为array数组里的句柄都有指向的对象，对象里面的变量也是有rand属性的，再对其进行随机。如果没有这么一个new操作，那么array数组中存放的句柄没有指向对象，也就是悬空状态，那么在randomize的时候，就会报错，因为句柄悬空，没有对象可以随机。