SV基础知识5---线程与线程间的通信

目录

1 线程的使用

2 线程的控制

wait  fork  和  disable  fork  

3 线程间的通信

概述 

event事件  （@边沿阻塞和wait触发  通知的需求）

semaphore旗语（semaphore的操作  资源共享的需求）

mailbox信箱（mailbox信箱的操作  数据通信的需求）

通信要素的比较

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1 线程的使用

线程就是独立运行的程序。verilog中对initial语句块主要有两种分组方式：

begin ...end:中的语句顺序执行

fork...join中的语句以并发方式执行

2 线程的控制

在sv中，新增了fork...join_any   fork...join_none   语句，其区别如下图

wait  fork  和  disable  fork  

wait  fork :等待所有子线程结束

disable 线程名：指定需要停止的线程

disable fork:停止当前线程中衍生出来未执行的所有子线程。

注意：若没有disable,则task会结束，但内部未完成的线程仍将执行。

3 线程间的通信

概述 

测试平台中所有的线程都需要同步并交换数据。

一个线程需要等待另一个线程--------------->> 事件event

多个线程可能同时访问同一个资源-------->> 旗语semophore

线程之间可能需要交换数据---------------->> 信箱mailbox

所有这些数据交换和同步称为线程间的通信（IPC Interprocsss Communication）

event事件  （@边沿阻塞和wait触发  通知的需求）

event事件是静态对象，用于事件的同步，它不需要new()函数

触发事件的操作符： ->,   它不会阻塞线程， 通常使用在等待事件之后

等待事件操作符分为两种：@边沿敏感和wait电平敏感

• @边沿敏感：它总是阻塞着，等待事件的变化，只有事件发生变化时，线程才会继续，所以                          在同一时刻，有可能引起竞争现象
• wait电平敏感: 由于存在delta cycle时间差，可以使用wait（event.triggered()）来代替边沿敏感的阻塞语句@event。 （这个方法比起@等待事件，可以避免在相同时刻触发event而带的竞争问题，但同样无法捕捉已经被触发，但后续才等待的事件）

semaphore旗语（semaphore的操作  资源共享的需求）

semaphore可以实现对同一资源的访问控制，通常来说应该遵循互斥访问原则，避免出现多个线程同时访问同一资源，进而导致的线程异常。

存中创建semaphore时，类似于创建了一个篮子（bucket），篮子中包含了一定数量的钥匙（keys），要获取共享的资源，必须从篮子中获取一把或多把钥匙，在获取完资源后必须将钥匙放回到篮子中；如果此时另一个线程试图获取篮子中的资源，必须等到桶中有足够多的钥匙的时候才能进行，否则会一直阻塞在这里。

semaphore是SV内建的类，因此也需要声明句柄（即，创建旗语）和调用new()函数

主要有三种基本操作方法：

• new() 方法可以创建一个包含特定钥匙的旗语对象，默认为0把

semaphore sem;  //创建一个semaphore(声明一个句柄)
semaphore_name = new(1);  //分配一把钥匙

• get()可以获取一把或多把钥匙，默认1把
• put()可以返回一把或多把钥匙，默认1把

sem.get(1);  //获取一把钥匙
...
sem.put(1);   //处理完事务后，放回钥匙

如果想要获取一把钥匙而不希望被阻塞，可以使用try_get()函数，它返回1表示有足够多的钥匙，返回0则表示钥匙不够

mailbox信箱（mailbox信箱的操作  数据通信的需求）

线程之如果传递信息，可以使用mailbox.。Mailbox也是SV内建的类，也需要声明句柄（即，创建邮箱）和调用new()函数来例化，若不指定大小，则信箱容量为无限大。

mailbox的操作方法也分为阻塞和非阻塞：

• 阻塞方法：put()把数据放入mailbox          使用get（）把数据从信箱中移除。                                          如果信箱为满，则put()会阻塞；如果信箱为空，则get（）会阻塞。

                         peek（)可以拷贝信箱中的数据而不移除它，若信箱为空，也会阻塞。

• 非阻塞方法：try_put()  try_get()  try_peek() 这些方法都不会被阻塞

mailbox和queue有相近之处  ：

• mailbox必须通过new（）例化，而队列只需声明
• mailbox可存储不同数据类型（不建议），队列只能存储相同类型的数据
• mailbox中的put（）和get（）是阻塞方法。而队列对应的存取方式为push_back pop_front()为非阻塞，会立即返回 ，在使用queue取数时应先填写 wait(queue.size()>0)。此外，还需注意，如果调用阻塞方法应使用task,非阻塞方法既可以用task也function   
• 对于变量操作，在传递形式参数时，mailbox传递的是指针。而queue的形式参数声明是ref方向                                         

其他特性：如果要显示的限定mailbox中的数据类型，可以使用mailbox #（type = T）方式来声明

通信要素的比较

sv中的三种通信方式event、semaphore、mailbox都可以来解决进程间同步问题，但分别适用于不同的场景需求

• event:最小信息量的触发，即单一的通知功能
• semaphore:共享资源的安全卫士
• mailbox:精小的sv原生FIFO,线程之间的数据通信和数据缓存