Generator Modülü

Gün 6: Bitirme Projesi - Bölüm 1 | Rastgele ve yönlendirilmiş test üretici

Generator (üretici), testbench'in uyaranlarını (stimulus) üreten bileşendir. ALU mimarimizde zincirin başında durur: ALU_Transaction nesneleri oluşturur, kısıtlamalara göre rastgeleleştirir ve bir mailbox üzerinden driver'a iletir.

Generator ve Mimarideki Yeri

Generator, "DUT'a hangi senaryoları uygulayalım?" sorusunun cevabını üretir. Driver ile arasındaki iletişim, gen2drv adlı bir mailbox ile sağlanır:

• Generator transaction'ı gen2drv.put(txn) ile kutuya bırakır.
• Driver aynı kutudan get() ile alır.

Bu yapı producer-consumer (üretici-tüketici) modelidir ve mailbox sayesinde iki bileşen birbirinden bağımsız hızlarda çalışabilir.

Kalıtım ile İki Üretim Stratejisi

Bu derste iki üretici sınıfı vardır:

• ALU_Generator (taban sınıf): Belirtilen sayıda tamamen rastgele transaction üretir. run() metodu virtual tanımlanmıştır; bu sayede türetilmiş sınıflar davranışı ezebilir (override).
• ALU_Corner_Generator (türetilmiş sınıf): extends ALU_Generator ile yönlendirilmiş (directed) test üretir. Önceden tanımlı köşe değer kümesini (corners) tüm işlemlerle çaprazlayarak sistematik biçimde tarar.

Her iki sınıf da işi bitince -> done ile bir event tetikler; böylece environment, üretimin tamamlandığını anlayabilir.

Kaynak Kod

// =============================================================================
// GUN 6 - Konu 3: Generator - Rastgele Uyarici Uretici
// =============================================================================

class ALU_Generator;
  mailbox #(ALU_Transaction) gen2drv;
  int   num_transactions;      // Hedeflenen adet (rastgele uretici icin)
  int   generated_count = 0;   // Gercekten uretilen adet (rapor icin)
  event done;

  function new(mailbox #(ALU_Transaction) mbx, int num = 100);
    this.gen2drv = mbx;
    this.num_transactions = num;
  endfunction

  // run() virtual olmali: turetilmis uretici bu davranisi ezebilsin
  virtual task run();
    ALU_Transaction txn;
    $display("[Generator] Rastgele testler basliyor (%0d adet)...", num_transactions);
    for (int i = 0; i < num_transactions; i++) begin
      txn = new();
      assert(txn.randomize()) else $fatal(1, "Randomize hatasi!");
      gen2drv.put(txn);
      generated_count++;
    end
    -> done;
  endtask
endclass

// Kose durumlari icin turetilmis uretici (yonlendirilmis test)
class ALU_Corner_Generator extends ALU_Generator;

  function new(mailbox #(ALU_Transaction) mbx, int num = 100);
    super.new(mbx, num);
  endfunction

  virtual task run();
    ALU_Transaction txn;
    logic [7:0] corners [] = '{0, 1, 8'h7F, 8'h80, 8'hFE, 8'hFF};

    $display("[Corner_Generator] Kose durumlari basliyor...");
    foreach (corners[i]) begin
      foreach (corners[j]) begin
        for (int op = 0; op < 8; op++) begin

          // Kaydirma islemlerinde operand_b > 7 olan kombinasyonlari atla;
          // aksi halde c_shift_range kisiti ile celisir ve randomize basarisiz olur
          if ((op == ALU_Transaction::OP_SHL || op == ALU_Transaction::OP_SHR) && corners[j] > 7) begin
            continue;
          end

          txn = new();
          assert(txn.randomize() with {
            operand_a == corners[i];
            operand_b == corners[j];
            opcode    == ALU_Transaction::opcode_e'(op);
          }) else $fatal(1, "Randomize hatasi!");

          gen2drv.put(txn);
          generated_count++;
        end
      end
    end
    -> done;
  endtask
endclass

Kodun Açıklaması

• mailbox #(ALU_Transaction) gen2drv: Üretilen transaction'ların driver'a aktarıldığı tipli kuyruk. Yapıcıda (new) dışarıdan alınır, böylece environment hangi mailbox'ın kullanılacağını kontrol eder.
• int num_transactions, int generated_count ve event done: num_transactions hedeflenen adettir ve rastgele üretici tarafından kullanılır; generated_count ise gerçekten üretilen adedi sayar. Köşe üreticisi sabit bir kombinasyon tablosu taradığı için num_transactions'ı yok sayar; bu yüzden environment raporu generated_count'a güvenir. done event'i, üretim tamamlandığında -> done ile tetiklenir.
• virtual task run() (taban): Bir döngüde num_transactions kadar txn = new() yapar, assert(txn.randomize()) ile kısıtlamalara uygun rastgele değerler üretir ve gen2drv.put(txn) ile kuyruğa koyar. randomize başarısız olursa $fatal ile durur.
• ALU_Corner_Generator: Taban sınıftan türetilir; super.new(mbx, num) ile mailbox'ı miras alır.
• Köşe değer dizisi: logic [7:0] corners [] = '{0, 1, 8'h7F, 8'h80, 8'hFE, 8'hFF} ile kritik operand değerleri tanımlanır.
• İç içe foreach + for: Tüm operand-a × operand-b × opcode kombinasyonları taranır. Kaydırma işlemlerinde corners[j] > 7 olan durumlar continue ile atlanır; bu, c_shift_range kısıtlamasıyla çakışmayı önler.
• randomize() with {...}: Operand ve opcode değerleri satır içi kısıtlamayla sabitlenerek tam istenen kombinasyon üretilir.

Önemli Noktalar

• run() metodunun virtual olması kalıtımın anahtarıdır; environment aynı gen referansı üzerinden hem rastgele hem yönlendirilmiş üreticiyi çalıştırabilir (polymorphism).
• -> done event'i ile senkronizasyon: Environment, üretimin bittiğini bu event'i bekleyerek anlar; aksi halde simülasyon erken sonlanabilir veya gereksiz beklenir.
• Yönlendirilmiş testte solver çakışmasından kaçınma: Geçersiz shift kombinasyonlarını continue ile atlamak, randomize() with çağrısının başarısız olmasını engeller.
• Mailbox'ın dışarıdan enjekte edilmesi (dependency injection), generator'ı test ortamından bağımsız ve yeniden kullanılabilir kılar.
• Köşe değer taraması, saf rastgeleliğin kaçırabileceği sınır durumlarını garanti altına alır; rastgele ve yönlendirilmiş yaklaşımlar birbirini tamamlar.
• Köşe üreticisi kaç transaction üretir? 6 × 6 × 8 = 288 kombinasyondan, kaydırma işlemlerinde operand_b ∈ {0x7F, 0x80, 0xFE, 0xFF} olan 6 × 4 × 2 = 48 tanesi atlanır → 240 transaction. generated_count tam bu sayıyı verir; num_transactions (varsayılan 100) ise yalnızca rastgele üreticide anlamlıdır.
• randomize() with ile değer sabitlemek "rastgeleliği öldürmek" değildir: Operandlar ve opcode sabitlenir ama sınıf kısıtları yine denetlenir. c_shift_range ile çelişen bir kombinasyon istenirse çözücü başarısız olur; continue ile atlama bu yüzden gereklidir. Alternatif olarak sınıfta soft kısıt kullanılsaydı with otomatik olarak kazanırdı.
• Üretici DUT'u bilmez: Generator yalnızca mailbox'a yazar; pin, saat, interface görmez. Bu, aynı generator'ın farklı bir driver/DUT ile hiç değiştirilmeden kullanılabilmesi demektir ve katmanlı testbench mimarisinin özüdür.

Rastgele vs Yönlendirilmiş Üretim

İkisi birlikte kullanılır: önce rastgele test geniş alanı tarar, kapsam raporunda boş kalan bin'ler için yönlendirilmiş testler yazılır.

Benzetme: Rastgele üretici, bir binanın dayanıklılığını ölçmek için rastgele yerlere vuran bir çekiçtir; yönlendirilmiş üretici ise mühendisin "şu kolon, şu kiriş" diyerek kritik noktalara bilinçli vurmasıdır. Sadece rastgele vurursanız bazı kolonlara hiç dokunmazsınız; sadece bilinçli vurursanız aklınıza gelmeyen zayıf noktayı kaçırırsınız.

Sık Yapılan Hatalar

• run()'ı virtual yapmamak: env.gen = corner_gen; ataması yapılsa bile gen.run() taban sınıfın rastgele sürümünü çalıştırır; köşe testi hiç koşmaz ve siz fark etmezsiniz.
• Aynı txn nesnesini yeniden kullanmak: Döngü dışında tek new() yapılırsa mailbox'taki tüm transaction'lar aynı nesneyi gösterir; driver hep son değeri sürer.
• -> done'ı unutmak: Environment wait(gen.done.triggered) ile beklediği için simülasyon hiç bitmez.
• Köşe üreticide kısıtla çelişen kombinasyon: continue kaldırılırsa OP_SHL × 0xFF için randomize() başarısız olur ve $fatal tetiklenir.
• generated_count'u artırmayı unutmak: Alt sınıf run()'ı override ettiği için taban sınıftaki artış çalışmaz; her override kendi sayacını güncellemelidir (ya da put işlemini ortak bir send(txn) metoduna taşıyın — ek görev).

Kendinizi Deneyin

1. ALU_Generator'a virtual task send(ALU_Transaction txn); metodu ekleyin: put + generated_count++ burada olsun; her iki run() bunu çağırsın. Tekrar eden kodu böylece kaldırın.
2. ALU_Corner_Generator'daki corners dizisine 8'h01 yerine 8'h08 koyun; kaydırma işlemlerinde kaç kombinasyon atlanır, generated_count kaç olur?
3. Yeni bir ALU_Shift_Generator extends ALU_Generator yazın: yalnızca OP_SHL/OP_SHR üretsin ve operand_b 0–7 arasındaki her değeri randc ile tarasın.
4. Rastgele üreticinin run()'ında txn.randomize() with { opcode != ALU_Transaction::OP_NOT; } kullanın. Bu değişikliğin cp_opcode kapsamına etkisini Gün 7'de gözlemleyin.