【IC验证】systemverilog_并行线程（块）

一.线程

1.定义

独立运行的程序。

2.线程的特性

（1） 每个always过程块和initial过程块都是相互独立的线程，always过程块的线程不会结束，而initial过程块的线程可以结束；
（2）每个线程呈现树状结构，父线程可以开辟多个子线程；

3.线程的分类

（1）串行线程
语法：begin end
特点：串行执行
（2）并行线程
语法：fork join， fork join_any， fork join_none
特点：并行执行

二.并行线程

1.fork join

（1）执行框图

（2）说明
内部各线程并行执行，会阻塞后续线程，内部所有线程执行完毕才会执行后续线程；
（3）例子

module tb1;initial begin$display("@%0t : start",$time);fork #1 $display("@%0t : sentence1",$time);#2 $display("@%0t : sentence2",$time);#3 $display("@%0t : sentence3",$time);join$display("@%0t : end",$time);end 
endmodule

结果：

（4）注意
如果并行块内部线程和并行块外的后续线程是同时执行的，编译器一般先顺序执行并行块内的语句，再执行并行块外的语句；

module tb1;initial begin$display("@%0t : start",$time);fork $display("@%0t : sentence1",$time);$display("@%0t : sentence2",$time);$display("@%0t : sentence3",$time);join$display("@%0t : end",$time);end 
endmodule

结果：

2.fork join_any

（1）执行框图

（2）说明
内部各线程并行执行，会阻塞后续线程，内部最短线程执行完毕后就开始执行后续线程；
（3）例子

module tb2;initial begin$display("@%0t : start",$time);fork #1 $display("@%0t : sentence1",$time);#2 $display("@%0t : sentence2",$time);#3 $display("@%0t : sentence3",$time);join_any $display("@%0t : end",$time);end
endmodule

结果：

（4）注意（不同编译器的差异性）
如果并行块内部线程和并行块外的后续线程是同时执行的，不同编译器的执行顺序是不一样的；
例子：

module tb2;initial begin$display("@%0t : start",$time);fork $display("@%0t : sentence1",$time);$display("@%0t : sentence2",$time);$display("@%0t : sentence3",$time);join_any$display("@%0t : out",$time);$display("@%0t : end",$time);end
endmodule

结果：
Questasim：先把并行块内同一时刻的语句执行完，再执行并行块外的后续语句；

VCS:先执行并行块内的第一条语句，再执行并行块外的后续语句，再执行并行块内的后续语句；

3.fork join_none

（1）执行框图

（2）说明
内部各线程并行执行，不会阻塞后续线程，后续线程和内部线程并行执行；
（3）例子

module tb3;initial begin$display("@%0t : start",$time);fork#1 $display("@%0t : sentence1",$time);#2 $display("@%0t : sentence2",$time);#3 $display("@%0t : sentence3",$time);join_none$display("@%0t : out",$time);$display("@%0t : end",$time);end
endmodule

结果：

（4）注意1（不同编译器的差异性）
当并行块内部线程和并行块后续线程在同一时刻执行时，实际的执行顺序是：先执行并行块后续线程一直执行到遇到阻塞语句（含#、@、wait）或调度结束(terminates)，再执行并行块内部线程。##对于调度结束的解释我目前也不太清楚##
例子：

module tb3;initial begin$display("@%0t : start",$time);fork$display("@%0t : sentence1",$time);$display("@%0t : sentence2",$time);$display("@%0t : sentence3",$time);join_none$display("@%0t : out",$time);$display("@%0t : end",$time);#1 $display("@%0t : delay",$time);end
endmodule

结果：

三.几种编译器导致运行结果的差异性

1.多重fork join_none

例子：

module tb4;initial beginfork $display("@%0t : sentence1",$time);$display("@%0t : sentence2",$time);join_none$display("@%0t : sentence3",$time);$display("@%0t : sentence4",$time);fork $display("@%0t : sentence5",$time);$display("@%0t : sentence6",$time);join_noneend
endmodule

结果：
Questasim：第一个fork join_none并行块，将initial过程块的begin end作为调度结束标志，所以会先执行后续的线程直到end再执行第一个fork join_none并行块内的线程。

VCS:第一个fork join_none并行块，将第二个fork join_none并行块作为调度结束标志，所以会先执行后续的线程直到将第二个fork join_none并行块再执行第一个fork join_none并行块内的线程，最后执行将第二个fork join_none并行块内的线程。

2.fork join和fork join_none嵌套的奇怪结果

（1）
代码：

module tb5;initial fork$display("@%0t : sentence1",$time);$display("@%0t : sentence2",$time);fork $display("@%0t : sentence3",$time);$display("@%0t : sentence4",$time);join_none$display("@%0t : sentence5",$time);#1 $display("@%0t : sentence6",$time);join
endmodule

结果：
Questasim：

VCS:

（2）
代码：

module tb5;initial fork$display("@%0t : sentence1",$time);$display("@%0t : sentence2",$time);fork $display("@%0t : sentence3",$time);$display("@%0t : sentence4",$time);join_none$display("@%0t : sentence5",$time);$display("@%0t : sentence6",$time);join
endmodule

Questasim：

VCS：