一、UVM 简介
UVM 提供了一套标准化的验证框架，包括各种组件和机制，使得验证工程师能够高效地构建复杂的验证环境。它通过层次化的结构、事务级建模和随机化激励等特性，大大提高了验证的效率和可重用性。UVM 验证平台通常由以下几个主要部分组成：
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测试用例（Test Case）：
- 定义了具体的验证场景和激励模式。不同的测试用例针对不同的功能点或设计特性进行验证。例如，一个测试用例可能专注于验证处理器的整数运算单元，而另一个测试用例可能验证其浮点运算单元。
- 通过配置不同的参数和随机化激励，可以覆盖各种可能的输入情况，以确保设计在不同条件下的正确性。
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环境组件（Environment Components）：
- 驱动器（Driver）：负责将激励信号发送到被验证的设计（DUT）中。它根据测试用例的要求生成各种输入事务，并按照设计的接口协议将其发送给 DUT。例如，在验证一个存储器控制器时，驱动器会生成不同的读写请求事务，并将其发送给控制器。
- 监视器（Monitor）：用于观察 DUT 的输出信号，并将其转换为事务级别的数据供其他组件使用。监视器实时监测 DUT 的行为，收集数据并进行分析。比如，在验证一个通信协议时，监视器会观察总线上的信号，提取出数据包的信息。
- 计分板（Scoreboard）：对比预期结果和实际结果，判断 DUT 的功能是否正确。它接收来自监视器的数据，并与预期的结果进行比较。如果发现不一致，会报告错误。例如，在验证一个加法器时，计分板会将输入的两个数相加得到预期结果，然后与实际的输出结果进行比较。
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层次化结构：
- UVM 验证平台采用层次化的结构，各个组件之间通过接口进行连接和通信。这种结构使得验证平台具有良好的可扩展性和可维护性。例如，可以将一个复杂的设计划分为多个子模块，为每个子模块建立独立的验证环境，然后将这些子环境集成到一个更高层次的验证平台中，对整个系统进行验证。
如下图所示，UVM 验证环境通常包括测试用例（test）、环境（environment）、代理（agent）、驱动器（driver）、监视器（monitor）等组件。这些组件相互协作，共同完成对DUT设计的验证。
二、为什么需要异常注入
在硬件设计中，芯片设计通常期望数据可预料且格式正确，但实际环境应用中，通常容易出现各种意想不到的错误。此时，处理异常情况成为衡量设计健壮性和提升产品性能的关键环节。通过对硬件设计进行异常场景测试，可以模拟各种错误情况，进而验证设计的稳定性和可靠性，同时提高验证覆盖率，使设计能够覆盖更多实际场景，还有助于发现潜在问题，避免产品上市后出现严重故障，从而降低成本和风险。
然而，在硬件设计中进行异常注入并非易事，存在一定难度。首先需准确模拟各种异常情况，这要求对硬件系统有深入理解和丰富经验；其次要考虑各种因素影响，如时序、功耗等，以确保注入的异常情况真实有效；最后还需与其他验证方法相结合，以提高验证的全面性和准确性。
三、异常注入的难点和常用方法
在仿真时进行异常注入存在难点：
- 精准定位难：需深入理解设计功能和流程，找到关键位置注入异常以测试错误处理能力。
- 模拟真实性难：注入的异常要接近实际情况很复杂，还需考虑随机性和不确定性。
- 不影响正常功能难：注入异常时要确保不损坏设计内部状态，不影响后续验证。
- 与其他验证技术结合难：需有效结合随机化测试、功能覆盖率分析等技术。
异常注入常用方法有：
- 数据异常：产生输入数据的时候修改输入数据的值、格式或范围。
- 时序异常：调整输入信号的时序关系。
- 控制信号异常：修改控制信号的值或状态。
在异常注入时通常需要通过force或者在生成用例或数据时单独创建一个分支来进行处理，而异常场景通常又比较多，所以验证平台的driver往往需要构造大量的分支代码来进行处理。UVM为我们提供了一种能够更简洁高效的方式——callback，不仅提高了平台的可重用性，也使平台代码更简洁。下面我们介绍通过UVM的callback机制来实现错误注入。
四、UVM callback机制
UVM中的回调（callback）机制是一种强大的功能，用于在验证环境中实现灵活的可扩展性和定制化。
- 基本概念
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定义：
- Callback 机制允许用户在不修改原始代码的情况下，通过注册自定义的回调函数来改变验证环境的行为。这类似于面向对象编程中的多态性，不同的回调函数可以实现不同的行为，而验证环境可以在运行时动态地调用这些回调函数。
- 例如，在验证一个处理器设计时，可以通过回调机制在特定的事件发生时执行自定义的检查或记录操作，而无需修改处理器的验证环境代码。
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组成部分：
- 回调类（Callback Class）：用户定义的类，用于实现特定的回调功能。这个类通常继承自一个基类，并重写基类中的一些方法来实现自定义的行为。例如，可以定义一个名为
my_callback的回调类，继承自 UVM 中的uvm_callback基类，并在其中实现一些特定的方法。 - 回调函数（Callback Function）：在回调类中定义的方法，用于实现具体的回调功能。这些方法可以在验证环境中的特定事件发生时被调用。例如，可以在
my_callback类中定义一个名为pre_tranfer的回调函数，用于在数据传输之前执行一些特定的操作。 - 注册机制（Registration Mechanism）：用于将回调类注册到验证环境中，以便在特定事件发生时能够调用相应的回调函数。在 UVM 中，可以使用
uvm_register_cb宏来注册回调类。例如，可以在验证环境的构建阶段使用uvm_register_cb(my_transaction, my_callback)将my_callback类注册到my_transaction事务类中。
- 回调类（Callback Class）：用户定义的类，用于实现特定的回调功能。这个类通常继承自一个基类，并重写基类中的一些方法来实现自定义的行为。例如，可以定义一个名为
- 实例
使用 callback 是一种灵活的异常注入方式。通过定义 callback 函数，我们可以在特定的事件发生时执行自定义的代码，实现异常注入。在一个测试用例中，我们可以在 driver 发送数据之前或之后，通过 callback 函数注入错误。具体来说，我们可以定义一个 callback 类，继承自 uvm_callback 基类，并在其中实现特定的任务，如注入错误、打印信息等。然后，在 driver 中注册这个 callback 方法，并在需要的地方调用uvm_do_callbacks宏来执行 callback 函数。这样，我们就可以在不修改 driver 代码的情况下，实现灵活的异常注入。具体步骤如下：
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首先我们需要从uvm_callback派生一个回调类类似上面的my_callback，并定义一个回调函数virtual task。同时声明一个回调类的池子pool，还要指明这个池子会被哪个类使用，在本例中指明为driver。
- 接下来我们需要在driver中调用uvm_register_cb进行注册，并通过uvm的宏定义uvm_do_callbacks来调用回调函数。
- 从回调类派生一个子类来实例化定义具体的回调函数，从而在回调函数中注入错误，同时不影响正常数据流，实现路径的统一，减少了driver中异常分支的代码。
在测试用例中将派生的类的实例加入回调类的池子中，从而实现了回调函数的加载。
五、总结
通过上述介绍相信大家对UVM 验证中通过callback来进行异常注入有了一定的了解，除了通过callback机制来注错外，UVM中其实还有factory机制通过重载的方式来进行注错，这里就不再进行说明。希望这篇文章能够让大家对 UVM 验证中的异常注入有一定的理解和认识，欢迎大家在评论区分享自己的经验和见解。
