【芯片驗(yàn)證】異步電路碎碎念（十一）在靜態(tài)對象內(nèi)構(gòu)建可控隨機(jī)·方案二

在上一篇文章中，我們討論并得出了一種構(gòu)建可控隨機(jī)的方案：
【芯片驗(yàn)證】異步電路碎碎念（十）在靜態(tài)對象內(nèi)構(gòu)建可控隨機(jī)·方案一
這篇文章呢我們討論另外一種方案，為啥有方案了還要嘗試其他的方案呢？我自己對$random這個(gè)函數(shù)相當(dāng)?shù)牟恍湃�，這個(gè)函數(shù)不受seed控制到低隨機(jī)時(shí)候從哪找的種子我也不太清楚，萬一跟地域、時(shí)間、服務(wù)器、工具等特性有關(guān)系，環(huán)境一遷移導(dǎo)致隨機(jī)無法復(fù)現(xiàn)怎么辦呢。所以我希望有一種原理明明白白的可控隨機(jī)方案，當(dāng)然這里并不是說$random+$urandom不能用哈，實(shí)際上我知道的很多地方就是直接用這個(gè)的。
原理明明白白的可控隨機(jī)方案怎么來呢？既然不信任$random那必然是從$urandom入手看了，還記得$random的問題是啥來著吧？不能感知靜態(tài)模塊的不同例化路徑差異。那么讓他感知一下例化路徑差異不就好了嘛，怎么感知這個(gè)事，相信大家對這個(gè)字符都很熟悉：%m，對就是在打印里用的那個(gè)字符。這個(gè)字符的作用是打印當(dāng)前模塊（或獨(dú)立命名域）的例化路徑，打印里的前半部分就是靠這個(gè)打印出來的：
$display("%m new_rand_value = 'h%0h", new_rand_value);
----->
testbench.u_rand_test1 new_rand_value = 'hd7也就是說，一個(gè)靜態(tài)模塊自身只要例化在了DUT中，那么我們就能夠獲取到其例化路徑，以字符串的方式我們來獲取以下路徑：string   path_str;
initial  begin
  path_str = $psprintf(path_str, "%m");
  $display("inst path is %s", path_str);
end對應(yīng)的打印結(jié)果是：inst path is testbench.u_rand_test0
inst path is testbench.u_rand_test1好的那么也就是說，雖然$urandom不能感知例化路徑，但是模塊自身能夠感知，因此只要把這個(gè)路徑引入到$urandom中去就可以了。這時(shí)有人可能就要問了，%m是字符串，$urandom的種子是數(shù)字啊，這要怎么引進(jìn)去呢？年輕了不是，誰說%m就一定是字符串了：string   path_str;
int      path_int;
initial  begin
  path_str = $psprintf(path_str, "%m");
  path_int = path_str;
  $display("inst path is %s, path_int = 'h%0h", path_str, path_int);
end
----->
inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h65737430
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h65737431你看根據(jù)例化路徑得到的數(shù)字這不就出來了嘛，不過仔細(xì)觀察一下會(huì)發(fā)現(xiàn)，這路徑差異比較近，得出的數(shù)字差異也太小了，這個(gè)數(shù)給到$urandom里去隨機(jī)出來的值別在差不多那就不好了。所以直接把這個(gè)值給$urandom肯定不行，那么怎么和$urandom結(jié)合使用能夠起到作用呢？下面是我選擇一種方式：string   path_str;
int      path_int;
initial  begin
  path_str = $psprintf(path_str, "%m");
  path_int = $urandom();
  for(int i=path_str.len; i>=0; i=i-1)begin
    path_int = path_int ^ path_str.getc(i);
    path_int = $urandom(path_int);
  end
  path_int = $abs(path_int);
  $display("inst path is %s, path_int = 'h%0h", path_str, path_int);
end具體解釋一下這些代碼，先把path_int通過$urandom給一個(gè)初始隨機(jī)值，不同模塊是一樣的沒關(guān)系，這個(gè)值結(jié)合后面路徑的微小差異就可以成就“蝴蝶效應(yīng)”。之后從尾部到頭部路徑字符，因?yàn)椴町惣�中在尾部所以要從尾部開始，str.getc(i)獲取字符串對應(yīng)位置字符的ASCII碼，再跟path_int取異或，累計(jì)擴(kuò)大差異性，而后再加入一個(gè)$urandom進(jìn)一步擴(kuò)大差異性。循環(huán)之后得到了擴(kuò)大差異之后的數(shù)，此時(shí)最后的結(jié)果可能是負(fù)數(shù)，這不是我們所需要的因此通過$abs函數(shù)全部取正。經(jīng)過這些操作后，咱們來看下進(jìn)行隨機(jī)后的結(jié)果：
inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h66b884a6
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h49aee46多測試幾個(gè)種子：inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h21669974
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h19e00dfa
tc seed = 62302096
inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h19bc271c
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h7eef9304
tc seed = 81054216
inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h268220ce
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h44c8d731
tc seed = 53991314對其中的一個(gè)種子結(jié)果進(jìn)行復(fù)現(xiàn)：inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h21669974
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h19e00dfa
tc seed = 62302096穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)，那么這種方法顯然是符合我們預(yù)期的。其實(shí)后來我想了下，如果想擴(kuò)大差異，是不是多嵌套幾個(gè)$urandom就可以了，比如$urandom($urandom($urandom($urandom(path_int))))，于是試了試：string   path_str;
int      path_int;
initial  begin
  path_str = $psprintf(path_str, "%m");
  path_int = path_str;
  path_int = $urandom($urandom($urandom($urandom(path_int))));
  $display("inst path is %s, path_int = 'h%0h", path_str, path_int);
end
----->
inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h6a6ed13
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h86b6f7a1
tc seed = 0
inst path is testbench.u_rand_test0, path_int = 'h6a6ed13
inst path is testbench.u_rand_test1, path_int = 'h86b6f7a1
tc seed = 38445033emm果然是不行，所以還是用上面提供的方法吧。那么下一個(gè)問題就來了，這么用起來呢，總不能每次需要隨機(jī)時(shí)候都寫這么一大片的代碼吧？答案也很簡單，封裝成一個(gè)函數(shù)不就好了嘛：
string  path_str;
initial path_str = $psprintf(path_str, "%m");
function integer urandom;
  integer seed, i;
  begin
    seed = $urandom();
    for(i=path_str.len; i>=0; i=i-1)begin
      seed = seed ^ path_str.getc(i);
      seed = $urandom(seed);
    end
    urandom = $abs(seed);
  end
endfunction
initial  begin
  int rand_test;
  rand_test = urandom();
  $display("%m, rand_test = %0d", rand_test);
end測試一下結(jié)果：testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0, rand_test = 1641770003
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0, rand_test = 621788312
tc name = sanity
tc seed = 59908161
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0, rand_test = 1271321994
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0, rand_test = 588367474
tc name = sanity
tc seed = 73017818
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0, rand_test = 97687901
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0, rand_test = 704389240
tc name = sanity
tc seed = 75798405看起來是沒有什么問題的。那么繼續(xù)往下探索，即使封裝為函數(shù)了，難不成每個(gè)要進(jìn)行隨機(jī)的模塊里面都寫一次這個(gè)函數(shù)嗎？當(dāng)然是不需要的，有兩種思路可以處理這個(gè)問題，一是將函數(shù)定義為全局可見的方法，而path_str作為作為函數(shù)的輸入，這樣調(diào)用時(shí)傳參本模塊的path_str就可以了。第二種思路是進(jìn)行宏封裝，我選擇的是第二種思路因?yàn)槲掖_實(shí)不喜歡在RTL里有太多冗余的代碼。在宏定義文件中做宏：
`define module_urandom_define \
string   path_str; \
initial  path_str = $psprintf(path_str, "%m"); \
\
function integer urandom; \
  integer seed, i; \
  begin \
    seed = $urandom(); \
    for(i=path_str.len; i>=0; i=i-1)begin \
      seed = seed ^ path_str.getc(i); \
      seed = $urandom(seed); \
    end \
    urandom = $abs(seed); \
  end \
endfunction而后在需要進(jìn)行隨機(jī)的模塊里RTL前面的地方找個(gè)犄角旮旯寫一下宏，后面就可以：`module_urandom_define
initial  begin
  int rand_test;
  rand_test = urandom();
  $display("%m test1, rand_test = %0d", rand_test);
  rand_test = urandom();
  $display("%m test2, rand_test = %0d", rand_test);
end然后就可以使用下看看了：testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test1, rand_test = 1970541737
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test2, rand_test = 128592474
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test1, rand_test = 849448805
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test2, rand_test = 1978420876
tc name = sanity
tc seed = 17411917
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test1, rand_test = 887806234
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test2, rand_test = 216253277
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test1, rand_test = 1150158848
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test2, rand_test = 1381425996
tc name = sanity
tc seed = 50449658
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test1, rand_test = 439486355
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test2, rand_test = 1519906787
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test1, rand_test = 219267827
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test2, rand_test = 133804852
tc name = sanity
tc seed = 64935128事情到這里基本就已經(jīng)解決了，我們以自定義的urandom()函數(shù)平替了系統(tǒng)的$urandom()函數(shù)，達(dá)到了在靜態(tài)模塊中等價(jià)于$urandom()的可控和差異化隨機(jī)功能。最后再來拓展實(shí)現(xiàn)另外一個(gè)功能，我們想隨機(jī)一個(gè)數(shù)值那是不是經(jīng)常會(huì)使用$urandom_range()，可是在靜態(tài)模塊中怎么做到這一點(diǎn)呢？也很簡單，加一個(gè)宏不就可以了：function integer urandom_range(); \
    input integer min, max; \
    integer seed, i; \
    begin \
      seed = $urandom(); \
      for(i=path_str.len; i>=0; i=i-1)begin \
        seed = seed ^ path_str.getc(i); \
        seed = $urandom(seed); \
      end \
      urandom_range = min + $abs(seed % (max - min)); \
    end \
  endfunction測試一下：initial  begin
  int rand_test;
  rand_test = urandom_range(0,100);
  $display("%m test1, rand_test = %0d", rand_test);
  rand_test = urandom_range(100,1000);
  $display("%m test2, rand_test = %0d", rand_test);
end打印結(jié)果為：testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test1, rand_test = 75
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test2, rand_test = 892
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test1, rand_test = 71
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test2, rand_test = 461
tc name = sanity
tc seed = 16870716
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test1, rand_test = 63
testbench.u_rand_test0.unnamed$$_0 test2, rand_test = 944
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test1, rand_test = 54
testbench.u_rand_test1.unnamed$$_0 test2, rand_test = 172
tc name = sanity
tc seed = 47491380如果想要小數(shù)、負(fù)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)怎么辦呢？就根據(jù)這套方法來拓展下就可以。

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