[SystemVerilog] 랜덤변수 1

시스템베릴로그의 강력한 기능인 constriant randomize 를 알아본다.

 

베릴로그에는 랜덤값을 생성하는 시스템태스크가 있다.

하지만 어떤 제약조건에 맞는 범위의 랜덤변수를 생성하려면 번거롭게 코딩을 해야한다.

시스템베릴로그는 랜덤변수에 제약조건과 확률분포, 조건부 확률을 지원하여 사용자의 입맛대로 자유롭게 랜덤변수를 생성 할 수 있다.

 

시뮬레이터는 트루랜덤이 아니라 pseudo 랜덤값을 생성하는데 이는 테스트의 일관성과 반복적 디버깅을 위해서 그런것이다. 시드가 같으면 랜덤값의 시퀀스도 같다.

 

 

랜덤변수를 선언할 때 rand / randc 키워드를 붙이면 된다.

rand 는 균일한 확률분포를 갖는 랜덤변수를 정의한다.

randc는 랜덤값이 순환하는 하도록 정의한다.

랜덤값을 주려면 randomize() 메서드를 쓰면 된다.

module tb;
  
  class packet;
      rand bit [2:0] data;
      randc bit [2:0] addr;
  endclass

  initial begin
      packet pkt = new();
      repeat (16) begin
          pkt.randomize();
          $display("data = %d, addr = %d", pkt.data, pkt.addr);
      end
  end
endmodule

테스트 결과를 보면 차이를 바로 알 수 있다.

rand로 선언한 변수는 무작위로 값이 나온다.

randc 는 무작위이긴 하지만 값을 갖을수 있는 범위(0~7) 안에 있는 값들이 한번씩 나온다.

 

randomize() 메서드를 이용하여 랜덤값을 부여한다. 

rand / randc 키워드는 기본적인 데이터 타입에는 모두 사용할 수 있다. (int, bit, array, queue 등등)

 

 

 

이제 랜덤값을 만드는건 알았지만 그렇다고 아무값이나 막 줄수는 없다.

따라서 랜덤값에도 일정한 범위를 한정해야한다.

constraint 구문을 사용하여 랜덤값 생성에 범위와 조건을 지정할 수 있다.

constraint valid_addr {addr [1:0] == 2'b00;
			addr <= 32'h1111_ffff;
                        addr >= 32'h0000_1111};
                        
constraint fast_burst {burst >= 3;
			len >= 64;
           	 	size >= 128};
                
constraint empty {};


constraint error {0 < min < typ < max < 128};	// invalid

// valid expression
constraint valid {0 < min;
		min < typ;
            	typ < max;
            	max < 128};

contraint name {condition1; condition2; ...}; 형식으로 제약조건을 지정한다.

만약 서로 상충되는 조건이 있을 경우엔 런타임에러가 발생한다.

한 문장에 하나의 조건씩 기술해야한다.

 

 

 

module tb;
  class packet;
    rand bit [3:0] mode;;
    
    constraint c1 {mode > 2;
                 mode < 6;}; 
  endclass

  initial begin
      packet pkt = new();
    repeat (10) begin
          pkt.randomize();
        $display("mode = %d", pkt.mode);
      end
  end
endmodule

constraint 를 추가하고 랜덤값을 준 결과.   3 ~ 5 값이 생성된다.

 

 

 

extern 키워드를 사용하면 constraint 구문을 클래스 밖에서 기술할 수 있다.

extern task / function 정의하는것과 똑같다.

module tb;
  class packet;
	rand bit [3:0] mode;
    exturn constraint c1;
  endclass

    contraint c1 {mode >2 ; mode < 6};

 

constraint 구문을 작성할 때 inside operator가 유용하다.

대괄호 안에 정수 범위를 지정할 수 있다.

inside는 파이썬에서 in 연산자와 동일한 기능을 한다.

constraint range {typ >= 32; typ <= 256;};

// 32 to 256
constraint range {typ inside {[32:256]};};


// 32, 64, 128 중에 하나
constraint range {typ inside {32, 64, 128};};


// 32, 64, 128 제외한 나머지
constraint range {!(typ inside {32, 64, 128});};