在計算機中存在進程和線程的概念，其中進程是并發(fā)執(zhí)行的程序在執(zhí)行過程中分配和管理資源的基本單位，線程是進程的一個執(zhí)行單元，是比進程還要小的獨立運行的基本單位。在一個程序中至少有一個進程，一個進程至少有一個線程。進程是資源分配最小單位，線程是程序執(zhí)行的最小單位。

計算機在執(zhí)行程序時，會為程序創(chuàng)建相應的進程，進行資源分配時，是以進程為單位進行相應的分配。每個進程都有相應的線程，在執(zhí)行程序時，實際上是執(zhí)行相應的一系列線程，過程如下圖所示。

在SystemVerilog中，雖然IEEE中也使用了process和thread，但是在實際手冊解釋的過程中，兩個概念基本上處于互用的狀態(tài)，所以本文統(tǒng)一使用線程進行描述說明SystemVerilog中線程常用的精細化控制方法。

在SystemVerilog中，線程的創(chuàng)建主要有以下幾種方式：

?每一個initial結構都會創(chuàng)建一個對應的線程；

?每一個final結構都會創(chuàng)建一個對應的線程（關于final用法參考《SystemVerilog中的final是怎么結束的》）；

?每一個always、always_comb、always_latch和always_ff結構都會創(chuàng)建對應的線程；

?fork-join（join_any/join_none）結構中每條并行執(zhí)行的語句塊；

?每一個動態(tài)線程，一般并行執(zhí)行的線程并且不會阻塞其他線程或者task中其他語句執(zhí)行的線程；

?每一個連續(xù)賦值語句；

在SystemVerilog中可以通過process來實現(xiàn)對于上述線程的控制，而這個process其實是SystemVerilog中的一個內(nèi)建類，通過該類聲明的句柄可以指向特定的線程，從而可以通過該句柄實現(xiàn)對于指向線程的訪問控制。process類在SystemVerilog中的定義如下：

雖然process是一個類，但是這哥們比較特殊，不能被拓展派生，也就是說process不會有子類的，并且該類在創(chuàng)建對象時，是不能使用new函數(shù)的，process類型句柄指向?qū)ο笫峭ㄟ^process::self()完成的，因此如果用戶需要通過process句柄指向?qū)木€程時需要在對應的線程中調(diào)用process::self()實現(xiàn)。在process中經(jīng)常用來實現(xiàn)對于線程控制的方法主要如下：

?self()返回指向當前線程的句柄;

?status()返回當前句柄指向線程的狀態(tài)（包含的狀態(tài)有：FINISHED、RUNNING、WAITING、SUSPEND和KILLED等狀態(tài)）;

?kill()終止當前句柄指向的線程及其開啟的所有子線程;

?await()等待調(diào)用其的句柄指向的線程執(zhí)行完成，注意不能在調(diào)用其的句柄指向的線程中使用該方法，只能在別的線程中調(diào)用該方法用以阻塞調(diào)用該方法的句柄指向的線程;

?suspend()掛起當前句柄指向線程;

?resume()恢復被掛起的線程;

?srandom()設置線程的隨機種子；

上述方法中，kill()、await()、suspend()、resume()只能用于initial、always和fork結構啟動的線程。下面將針對process中這些方法的使用進行示例說明。

【示例】

【仿真結果】

示例中，首先聲明了兩個句柄p1和p2，在兩個initial結構中，p1和p2通過調(diào)用“process::self()”實現(xiàn)p1和p2分別指向其所在的initial結構開啟的線程。

在第一個initial結構中“@0”時刻第一個$display中通過p1.status()方法獲取了當前線程的狀態(tài)（log中顯示為RUNNING），然后等待10個時間單位后，再次調(diào)用$display()，在其中調(diào)用p1.status()方法獲取了當前線程時刻“@10”的狀態(tài)（log中顯示為RUNNING），再經(jīng)過100個時間單位，在時刻@110再次在$display()中調(diào)用p1.status()方法獲取了當前線程的執(zhí)行狀態(tài)（log中顯示為RUNNING），該語句執(zhí)行完后第一個initial結構開啟的線程執(zhí)行完畢。

第二個initial結構中，“@0”時刻第一個$display中通過p2.status()方法獲取了當前線程的狀態(tài)（log中顯示為RUNNING），然后等待10個時間單位后，再次調(diào)用$display()，在其中調(diào)用p2.status()方法獲取了當前線程時刻“@10”的狀態(tài)（log中顯示為RUNNING），然后通過p1調(diào)用await()方法，p1.await()后的語句將處于等待p1指向線程執(zhí)行完畢，其后的語句此時處于阻塞的狀態(tài)，當p1指向的線程（也就是第一個initial結構）在時刻“@110”執(zhí)行完畢，p1.await()不再阻塞其后語句的執(zhí)行，其后的語句繼續(xù)執(zhí)行，此時調(diào)用p1.status()顯示的值為p1當前的狀態(tài)（log中顯示此時p1狀態(tài)位FINISHED）。在等待100個時間單位，在時刻“@210”調(diào)用p2.status()時，p2指向的線程還沒有執(zhí)行完畢，所以其顯示的狀態(tài)仍為RUNNING。上述兩個線程執(zhí)行的過程如下圖所示。

【示例】

【仿真結果】

示例中，聲明了三個process句柄p1、p2和p3.在initial結構中調(diào)用“process::self()”實現(xiàn)p1指向當前的initial結構開啟的線程，然后調(diào)用$display語句通過p1.status()獲取當前initial結構開啟線程的執(zhí)行狀態(tài)為RUNNING（該initial結構正在執(zhí)行中）。

fork-join_none結構中所有語句是并行執(zhí)行的，示例中的fork結構中一共有三個線程，

第一個線程通過調(diào)用“process::self()”實現(xiàn)p2指向自己，當該方法結束后，該線程的歷史使命也就結束了，這里需要注意p2并沒有指向fork。

第二個線程為一個begin-end結構，在begin-end中首先通過調(diào)用“process::self()”實現(xiàn)了p3指向該線程，然后調(diào)用$display中通過p3.status()獲取當前線程執(zhí)行狀態(tài)為RUNNING（該begin-end結構還在執(zhí)行中），在等待100個時間單位，通過p2.status()和p3.status()獲取當前時刻p2和p3指向線程的執(zhí)行狀態(tài)，因為p2指向的線程在調(diào)用“process::self()”完后就執(zhí)行完了，所以p2.status()返回的狀態(tài)位FINISHED，p3.status()獲取的狀態(tài)值仍為RUNNING（其所指向begin-end結構還在執(zhí)行中），再等待100個時間單位，通過p2.status()和p3.status()獲取當前時刻p2和p3指向線程的執(zhí)行狀態(tài)，因為此時fork-join_none中并行執(zhí)行的第三個線程通過p3調(diào)用了kill()方法，所以begin-end結構對應的線程被kill掉，因此此時企圖在等待100個時間單位再次獲取p2和p3執(zhí)行狀態(tài)的語句不會執(zhí)行。

第三個線程為等待190個時間單位后調(diào)用p3.kill()，實現(xiàn)了對于fork-join_none中第二個線程的kill操作。

fork-join_none結構后通過p1.status()獲取p1指向線程的執(zhí)行狀態(tài)為RUNNING（因為p1指向的initial結構正在執(zhí)行中）；

在經(jīng)過10個時間單位，通過p2.status()和p3.status()獲取當前時刻p2和p3指向線程的執(zhí)行狀態(tài)分別為FINISHED（p2指向線程已經(jīng)執(zhí)行完畢）和WAITING（p3指向線程正在執(zhí)行其中#100，處于延遲阻塞等待狀態(tài)）；

通過p2.kill()企圖kill掉p2指向的線程，實際上此時p2指向的線程已經(jīng)執(zhí)行完畢，所以并不會影響p2指向線程的狀態(tài)，所以此時在p2.kill()后通過p2.status()和p3.status()獲取當前時刻p2和p3指向線程的執(zhí)行狀態(tài)仍為FINISHED（p2指向線程已經(jīng)執(zhí)行完畢）和WAITING（p3指向線程還在執(zhí)行其中#100，處于延遲阻塞等待狀態(tài)）；

在經(jīng)過210個時間單位，通過p1.status()、p2.status()和p3.status()獲取當前時刻p1、p2和p3指向線程的執(zhí)行狀態(tài)為RUNNING（p1指向的initial結構正在執(zhí)行中）、FINISHED（p2指向線程已經(jīng)執(zhí)行完畢）和KILLED（p3指向的線程執(zhí)行完之前，在fork-join_none結構中等待190個時間單位時已經(jīng)被kill掉了，所以此時狀態(tài)位KILLED）；上述線程執(zhí)行過程如下圖所示。

【示例】

【仿真結果】

示例中，p通過“process::self()”指向了當前的線程，通過$display顯示了p.status()為RUNNING，等待100個時間單位，企圖通過p.status()顯示p的狀態(tài)，但是在這100個時間單位等待到其中的20個時間單位時，另外一個initial結構中仿真開始等待的20個時間單位后調(diào)用了p.suspend()，即此時將p指向的線程掛起，所以此時p指向的線程這時處于掛起等待狀態(tài)，$display顯示了p.status()為SUSPEND，在再等待30個時間單位，調(diào)用p.resume()將之前掛起的p指向的線程返回，因為當前線程并未阻塞，所以當前線程繼續(xù)執(zhí)行，$display顯示了p.status()為WAITING，當前initial執(zhí)行完后，p指向的線程再次開始繼續(xù)之前暫停的執(zhí)行。

再等待80個時間單位（之前100個時間單位計時20個時間單位后還剩下80個時間單位未計時）調(diào)用$display顯示了p.status()為RUNNING，再等待100個時間單位后調(diào)用$display顯示了p.status()仍為RUNNING。上述線程執(zhí)行過程如下圖所示。

通過示例可以看到，await是用來等待一個線程執(zhí)行完成后返回的，而suspend則用來將一個線程手動掛起，其解除必須通過resume()來完成，并不一定要等到線程執(zhí)行完畢。

上述通過示例展示了process中常用方法的使用，其實在UVM中對于線程的控制大多都是通過process完成的，如下例中run_phase的執(zhí)行。

當我們執(zhí)行run_test時，實際上在run_test這個task中聲明了一個process句柄phase_runner_proc，這個句柄在425行通過“process::self()”指向了當前fork-join_none結構中的一個線程，這個線程就是fork-join_none中的begin-end。當后續(xù)的m_run_phases()執(zhí)行完成后,wait等到了m_phase_all_done拉高，表明當前的run_phases執(zhí)行完畢，然后通過phase_runner_proc.kill()將fork-join_none中開啟的線程及其所有子線程都kill掉，相當于打掃戰(zhàn)場，從而通過process實現(xiàn)了對于fork-join_none中線程及其所有子線程的控制操作。

審核編輯：劉清