SystemVerilog中的断言(Assertion)_systemverilog断言

1. 简介

SystemVerilog断言（SVA）主要是用于验证设计的行为，其主要功能有两点：

• 在特定条件或事件序列的故障上生成警告或错误；
• 收集功能覆盖率的数据。

 

 2. 立即断言（Immediate Assertion）

立即断言执行时如同过程语句，她在程序执行到这个程序块使立即执行，并且可以结合$fatal，$error，$warning和$info函数给出不同级别的消息提示。

断言比if语句更加紧凑，且断言里面的逻辑跟if语句是相反的。设计者应该期望括号内的表达式为真，否则输出一个错误。

//使用if语句检查一个信号
bus.cb.request<=1;
repeat(2) @bus.cb;
if(bus.cb.grant!=2'b01)
  $display("Error,grant!=1");
//简单的立即断言
bus.cb.request<=1;
repeat(2) @bus.cb;
al:assert (bus.cb==2'b01);
 
//定制断言行为
bus.cb.request<=1;
repeat(2) @bus.cb;
al:assert (bus.cb==2'b01)
else $error("Grant not asserted");

 

3. 并发断言

并发断言可以认为时一个连续运行的模块，他为整个仿真过程检查信号的值，需要在断言内指定一个采样时钟。

例中是一个检查仲裁器request信号的断言，request信号除了在复位期间，其他任何时候都不能是X或Z。

//检查X/Z的并发断言
interface arb_if(input bit clk);
  logic[1:0] grant,request;
  logic rst;
 
  property request_2state;
    @(posedge clk) disable iff(rst);
    $isunknown(request)==0;         //确保没有z或者x值存在
  endproperty
  assert_request_2state:assert property(requset_2state);
endinterface

可以在过程块，module，interface和program内定义并发断言，区别并发断言和立即断言的关键字是property。

 

4. 断言的层次结构

 SVA从单元的角度来说可以分为3个层次，分别是：

• Boolean expression布尔表达式
• Sequence序列
• Property属性

 4.1 Boolean expression布尔表达式

布尔表达式是组成断言的最小单元，常用的操作符：&&，||，！，^等。

//简单的布尔表达式断言
example_assert: assert property(@(posedge clk) a&&b==1);

 

4.2 Sequence序列

在任何设计中，功能总是由多个逻辑事件的组合来表示，这些事件可以是简单的同一个时钟沿被求值得布尔表达式，也可以是经过几个时钟周期的求值事件，SVA用关键字 sequence来表示这些事件，sequence可以让断言易读，复用性高；sequence是布尔表达式更高一层的单元。

sequence具有以下特性：

• 可带参数；
• 可以在 property 中调用；
• 可以使用局部变量；
• 可以定义时钟周期；
• 可以使用序列方法，如 ended、matched、triggered，这些只能在sequence中使用；

//简单的Sequence
sequence seq_1;
@(posedge clk) a==1;
endsequence
 
//调用sequence
a_1： assert property(seq_1);

 带逻辑关系的sequence：

//带逻辑关系的Sequence
sequence seq_1;
@(posedge clk) a||b;  //如果a和b都为0，则断言失败
endsequence

带参数的sequence： 

//带参数的sequence
sequence seq_1 (a, b)
  a || b ;
endsequence
 
sequence seq_2
  seq_1(a,b);         //在当前sequence调用seq_1
endsequence

带时序关系的sequence：

//带时序关系的sequence
sequence seq;
  @(posedge clk) a ##2 b;  //在时钟上升沿到来检查a是否为1，若不为1则断言失败
                           //若a为1，则检查两个周期之后b是否为1，若不为1，断言失败
endsequence

4.3 Property属性

property是比sequence更高一层的单元，也是构成断言最常用的模块。其中最重要的性质是可以在property中使用蕴含操作符(|-> |=>)。

propert可以调用sequence：

//property调用sequence
sequence seq_1；
  @(posedge clk) a||b;
endsequece
 
property p;
 seq_1;          //调用seq_1
endproperty
 
a_1: assert property(p);

property与sequence的相同和不同之处：

• 任何在sequence中的表达式都可以放到property中；
• 任何在property中的表达式也可以搬到sequence中，但是只有在property中才能使用蕴含操作符；
• property中可以例化其他property和sequence，sequence中也可以调用其他的sequence，但是不能例化property；
• property需要用cover/assert/assume等关键字进行实例化，而sequence直接调用即可；

5. 断言操作符和系统函数

 断言常用的操作符如下：

常见的系统函数如下：