設(shè)計(jì)模式在芯片驗(yàn)證中的應(yīng)用——狀態(tài)

1、狀態(tài)模式

狀態(tài)模式是一種行為設(shè)計(jì)模式， 讓你能在一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)變化時(shí)改變其行為， 使其看上去就像改變了自身所屬的類一樣。

在RTL中可能存在復(fù)雜的有限狀態(tài)機(jī)FSM，在任何一個(gè)特定狀態(tài)中， RTL的行為都不相同， 且可從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)。不過(guò)， 根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)， RTL可能會(huì)切換到另外一種狀態(tài)， 也可能會(huì)保持當(dāng)前狀態(tài)不變。這些數(shù)量有限且預(yù)先定義的狀態(tài)切換規(guī)則被稱為轉(zhuǎn)移。

為了對(duì)RTL FSM進(jìn)行建模，狀態(tài)設(shè)計(jì)模式建議將每個(gè)狀態(tài)的行為抽象成一個(gè)類，狀態(tài)之間的切換相當(dāng)于就是類對(duì)象的切換。主要可包括以下幾個(gè)組件：

Context：它并不會(huì)自行實(shí)現(xiàn)所有行為， 而是會(huì)保存一個(gè)指向表示當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)對(duì)象的引用， 且將所有與狀態(tài)相關(guān)的工作委派給該對(duì)象。

State：所有狀態(tài)類的基類，所有狀態(tài)類都必須遵循同樣的接口， 而且context必須僅通過(guò)state提供的接口函數(shù)與這些對(duì)象進(jìn)行交互。

Concrete States：會(huì)自行實(shí)現(xiàn)特定于狀態(tài)的方法。為了避免多個(gè)狀態(tài)中包含相似代碼， 你可以提供一個(gè)封裝有部分通用行為的中間抽象類。狀態(tài)對(duì)象可存儲(chǔ)對(duì)于上下文對(duì)象的反向引用。狀態(tài)可以通過(guò)該引用從上下文處獲取所需信息， 并且能觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

下圖為狀態(tài)設(shè)計(jì)模式在FSM中應(yīng)用的一個(gè)UML類圖。

2、參考代碼

狀態(tài)設(shè)計(jì)模式的參考代碼如下：

typedef class fsm_context;typedef class concrete_state1;typedef class concrete_state2;
virtual class state;??? pure virtual function int process1(fsm_context cnxt);??? pure virtual function int process2(fsm_context cnxt);endclass : state
class concrete_state1 extends state;??? function int process1(fsm_context cnxt);??????? $display("concrete_state1 : process1");??????? if ( cnxt.change_state ) begin??????????? concrete_state2 state2 = new();??????????? $display("concrete_state1 change to concrete_state2");??????????? cnxt.st = state2;??????? end??? endfunction : process1
??? function int process2(fsm_context cnxt);??????? $display("concrete_state1 : process2");??????? if ( cnxt.change_state ) begin??????????? concrete_state2 state2 = new();??????????? $display("concrete_state1 change to concrete_state2");??????????? cnxt.st = state2;??????? end??? endfunction : process2
endclass : concrete_state1
class concrete_state2 extends state;??? function int process1(fsm_context cnxt);??????? $display("concrete_state2 : process1");??????? if ( cnxt.change_state ) begin??????????? concrete_state1 state1 = new();??????????? $display("concrete_state2 change to concrete_state1");??????????? cnxt.st = state1;??????? end??? endfunction : process1
??? function int process2(fsm_context cnxt);??????? $display("concrete_state2 : process2");??????? if ( cnxt.change_state ) begin??????????? concrete_state1 state1 = new();??????????? $display("concrete_state2 change to concrete_state1");??????????? cnxt.st = state1;??????? end??? endfunction : process2
endclass : concrete_state2


class fsm_context;
??? state st;
??? function bit change_state();??????? return 1; // for simplicity??? endfunction : change_state
??? function void process_req1 (/*interface signals*/);??????? st.process1(this /*, interface signals*/);??? endfunction : process_req1
??? function void process_req2 (/*interface signals*/);??????? st.process2(this /*, interface signals*/);??? endfunction : process_req2
endclass : fsm_context

?模擬測(cè)試代碼如下：

fsm_context fsm_st = new();fsm_st.st = concrete_state1::new();fsm_st.process_req1();fsm_st.process_req2();

使用Questasim仿真輸出日志如下：

 | # concrete_state1 : process1?| # concrete_state1 change to concrete_state2?| # concrete_state2 : process2?| # concrete_state2 change to concrete_state1

?