6. SystemVerilog Interprocess Communication

SystemVerilog的IPC机制（Event、Semaphore、Mailbox）

1. 进程间通信（IPC）概述

在SystemVerilog测试平台提供了灵活的同步和通信能力：

Event：用于简单流程控制；
Semaphore：解决资源竞争问题；
Mailbox：实现高效的数据传递。

不同组件（如驱动、生成器、监控器等）需要通过 事件（Event）、信号量（Semaphore）和邮箱（Mailbox） 进行通信和同步。以下是三种核心IPC机制的详细说明：

2. 核心IPC机制对比表

机制	功能	适用场景	同步方式
Event（事件）	同步两个或多个进程，通过触发和等待事件实现流程控制。	进程间同步（如启动完成通知）	阻塞等待事件触发
Semaphore（信号量）	控制对共享资源的互斥访问（如临界区资源）。	资源竞争管理（如锁机制）	通过`get()`和`put()`控制
Mailbox（邮箱）	在组件间安全传递数据对象（如事务级通信）。	数据传递（如驱动与生成器之间的事务传输）	队列式存取（FIFO）

3. 详细说明

3.1 Event（事件）

定义：事件是进程间同步的信号，用于触发或等待特定条件。
关键步骤：
1. 创建事件：event eventA;
2. 触发事件：->eventA;
3. 等待事件：@eventA 或 wait(eventA.triggered);
4. 传递事件：可作为参数传递给任务或函数。

示例代码：

module tb_top;
  event eventA;
  initial begin
    fork
      waitForTrigger(eventA); // 等待事件触发
      #5 ->eventA;           // 触发事件
    join
  end

  task waitForTrigger(event eventA);
    $display("[%0t] Waiting for EventA...", $time);
    wait(eventA.triggered);
    $display("[%0t] EventA triggered!", $time);
  endtask
endmodule

输出：

[0] Waiting for EventA...
[5] EventA triggered!

3.2 Semaphore（信号量）

定义：管理对共享资源的互斥访问，通过钥匙（Key）机制控制资源访问权限。
核心操作：
- 创建信号量：semaphore key = new(1);（初始钥匙数量为1）。
- 获取钥匙：key.get(1);（阻塞等待钥匙可用）。
- 释放钥匙：key.put(1);（释放钥匙供其他进程使用）。

示例代码：

module tb_top;
  semaphore key = new(1); // 创建一个钥匙
  initial begin
    fork
      personA(); // 任务A获取资源
      personB(); // 任务B尝试获取资源
    join_none
  end

  task personA();
    key.get(1);    // 获取钥匙
    #20 key.put(1); // 释放钥匙
  endtask

  task personB();
    #5 key.get(1); // 延迟后获取钥匙
    #10 key.put(1);
  endtask
endmodule

输出：

[0] PersonA获取钥匙
[5] PersonB尝试获取钥匙（需等待）
[20] PersonA释放钥匙 → PersonB开始执行

3.3 Mailbox（邮箱）

定义：在组件间传递数据对象的FIFO队列，支持生产者-消费者模式。
核心操作：
- 创建邮箱：mailbox mbx = new();
- 发送数据：mbx.put(data);（生产者放入数据）。
- 接收数据：mbx.get(data);（消费者取出数据）。

示例代码：

class Transaction;
  rand bit [7:0] data;
  function void display();
    $display("Data = 0x%0h", data);
  endfunction
endclass

class Generator;
  mailbox mbx;
  function new(mailbox mbx);
    this.mbx = mbx;
  endfunction
  task genData();
    Transaction trns = new();
    trns.randomize();
    trns.display();
    mbx.put(trns); // 发送到邮箱
  endtask
endclass

class Driver;
  mailbox mbx;
  function new(mailbox mbx);
    this.mbx = mbx;
  endfunction
  task drvData();
    Transaction drvTrns;
    mbx.get(drvTrns); // 从邮箱获取数据
    drvTrns.display();
  endtask
endclass

module tb_top;
  mailbox mbx = new();
  Generator Gen = new(mbx);
  Driver Drv = new(mbx);
  initial begin
    fork
      Gen.genData();
      Drv.drvData();
    join
  end
endmodule

输出：

[0] Data = 0x9d（生成器发送）
[0] Data = 0x9d（驱动器接收）

4. 关键点总结

机制	特点	典型用例
Event	非阻塞触发，阻塞等待；轻量级同步。	启动/完成通知、状态机同步。
Semaphore	互斥访问资源，支持多钥匙（如允许多线程同时访问）。	临界区保护、资源竞争控制。
Mailbox	基于FIFO的数据传递，支持对象类型安全。	事务级通信、组件间数据交换（如驱动与生成器）。

5. 注意事项

事件：触发事件后，所有等待该事件的进程会被唤醒。
信号量：get()和put()操作需成对使用，否则可能导致死锁。
邮箱：默认为FIFO队列，可通过#参数指定大小（如mailbox mbx = new(10);限制队列长度）。