设计模式在芯片验证中的应用——迭代器

一、迭代器设计模式

迭代器设计模式(iterator)是一种行为设计模式， 让你能在不暴露集合底层表现形式 （列表、 栈和树等数据结构） 的情况下遍历集合中所有的元素。

在验证环境中的checker会收集各个monitor上送过来的transactions，如果有一个专用配置寄存器用于开启或关闭ECC计算，那么在其发生更改时，需要遍历checker中的transactions并修改所预测的数据值，以实现正确的预测。任何在对象集合上执行遍历的场景，无论其内部结构如何，都适合使用iterator设计模式进行建模。该解决方案的主要优点是存储数据的内部结构不需要对外可见，因此可以在不影响环境其余部分的情况下进行修改。Iterator设计模式的使用增加了环境的灵活性，且通常没有任何主要缺点，还是比较推荐大家有机会可以试试。

迭代器设计模式主要包含以下几个组件：

• 抽象迭代器（Abstract Iterator） 接口：声明了遍历集合所需的操作： 获取下一个元素、 获取当前位置和重新开始迭代等。
• 具体迭代器 （Concrete Iterators） ：继承自抽象迭代器，实现遍历集合的一种特定算法。 迭代器对象必须跟踪自身遍历的进度。 这使得多个迭代器可以相互独立地遍历同一集合。
• 抽象集合 （Abstract Container） 接口：声明一个或多个方法来获取与集合兼容的迭代器。 请注意， 返回方法的类型必须被声明为迭代器接口， 因此具体集合可以返回各种不同种类的迭代器。
• 具体集合 （Concrete Container）：继承自抽象集合， 会在客户端请求迭代器时返回一个特定的具体迭代器类实体。

下图为迭代器设计模式在ECC中应用的UML类图。

二、参考代码

迭代器设计模式的参考代码如下：

class base_item extends uvm_object;
 
    `uvm_object_utils (base_item)
 
    function new (string name = "base_item");
        super.new(name);
    endfunction : new
 
    function void re_generate(bit ecc_en);
        if ( ecc_en ) $display("%s No ECC", get_name());
        else $display("%s Has ECC", get_name());    
    endfunction : re_generate
 
endclass : base_item
 
 
virtual class iterator extends uvm_object;
 
    function new (string name = "iterator");
        super.new(name);
    endfunction : new
 
    pure virtual function bit has_next();
    pure virtual function base_item next();
 
endclass : iterator
 
 
virtual class container extends uvm_object;
 
    function new (string name = "container");
        super.new(name);
    endfunction : new
 
    pure virtual function iterator get_iterator();
 
endclass : container
 
 
class data_container extends container;
 
    `uvm_object_utils (data_container)
 
    static base_item item_q[$];
 
    class queue_iterator extends iterator;
    
        `uvm_object_utils (queue_iterator)
 
        int index;
    
        function new (string name = "queue_iterator");
            super.new(name);
        endfunction : new
    
        virtual function bit has_next();
            if ( index < item_q.size() ) begin
                return 1;
            end
            return 0;
        endfunction : has_next
    
        virtual function base_item next();
            if ( this.has_next() ) begin
                return item_q[index++];
            end
            return null;
        endfunction : next
    
    endclass : queue_iterator
    function new (string name = "data_container");
        super.new(name);
    endfunction : new
 
    virtual function iterator get_iterator();
        queue_iterator it_q = queue_iterator::type_id::create("iteratora");
        return it_q;
    endfunction : get_iterator
    function void add(base_item _item);
        item_q.push_back(_item);
    endfunction : add
 
endclass : data_container

模拟测试代码如下：

data_container data_cont;
base_item      item;
base_item      item1 = base_item::type_id::create("item1");
base_item      item2 = base_item::type_id::create("item2");
base_item      item3 = base_item::type_id::create("item3");
 
data_cont = data_container::type_id::create("data_cont");
data_cont.add(item1);
data_cont.add(item2);
data_cont.add(item3);
 
for (iterator it = data_cont.get_iterator(); it.has_next(); ) begin
    item = it.next();
    item.re_generate(1);
end
for (iterator it = data_cont.get_iterator(); it.has_next(); ) begin
    item = it.next();
    item.re_generate(0);
end

输出仿真日志如下：

 | item1 No ECC
 | item2 No ECC
 | item3 No ECC
 | item1 Has ECC
 | item2 Has ECC
 | item3 Has ECC

从仿真结果可以看出，添加到container中的三个base_item，在第一次迭代中没有打开ECC，所以都打印出“No ECC”字符串，在第二次迭代中打开了ECC，所以都打印出“Has ECC”字符串。