SystemVerilog中的Semaphores

SystemVerilog中Semaphore（旗语）是一个多个进程之间同步的机制之一，这里需要同步的原因是这多个进程共享某些资源。

举一个场景：SoC中的,CPU和DMA都希望去访问相同地址的内存空间。实际的情况可能是CPU的访问覆盖DMA的访问，或者相反。

简而言之，这其中存在着冲突，这也是SystemVerilog中Semaphore的应用场景。

如果CPU访问某个地址，CPU会先锁住这块地址空间，等到CPU访问完成才会解锁，这个互斥锁可以通过Semaphore来实现。在CPU锁住这个块地址空间期间，DMA是无法访问的。

semaphore的相关用法如下：
1、声明一个旗语。

semaphore semaphore_name;

2、声明旗语中互斥锁的个数，默认是0。

function new (int keyCount = 0);

3、获取互斥锁，默认是1。

task get (int keyCount = 1);

4、回收互斥锁，默认是1.

function void put (int keyCount = 1);

5、获取互斥锁，默认是1。和get()的区别是try_get ( )是non-blocking的。

function int try_get (int keyCount = 1);

semaphore示例：

module sema;
 bit [7:0] mem [0:3];
 int i, data;
 semaphore s1;
 
 initial begin
 s1 = new (1); //Create semaphore with 1 key
 fork
 DMA_write;
 CPU_read;
 join 
 end
 task DMA_write; 
 if (s1.try_get(1)) //non-blocking. Locks (gets)
 $display($stime,,, "DMA gets a KEY from semaphore");
 else
 wait (s1.try_get(1)); 
 //DMA writes data
 for (i=0; i < 4; i++) begin
 mem[i] = $urandom;
 $display($stime,,, "DMA WRITE[%0d] = %0d",i,mem[i]);
 end
 #5; //do something else
 s1.put(1); //DMA releases (puts) the key
 $display($stime,,, "DMA puts the KEY into semaphore");
 endtask
 
 task CPU_read;
 #0; s1.get (1); //WAIT to get the key - blocking
 $display($stime,,, "CPU gets the KEY from semaphore");
 //CPU reads data
 for (i=0; i < 4; i++) begin
 data = mem[i];
 $display($stime,,, "CPU READ[%0d] = %0d",i,data);
 end
 
 endtask
endmodule

上面的例子中有两个并行的进程DMA_write和CPU_read。
一开始DMA拿到互斥锁后，写入4次。后面CPU拿到互斥锁后，再读取这些值。因为无法保证开始时刻DMA先拿到互斥锁，还是CPU拿到互斥锁，所以加上了#0。

仿真log:

0 DMA gets a KEY from semaphore
 0 DMA WRITE[0] = 36
 0 DMA WRITE[1] = 129
 0 DMA WRITE[2] = 9
 0 DMA WRITE[3] = 99
 5 DMA puts the KEY into semaphore
 5 CPU gets the KEY from semaphore
 5 CPU READ[0] = 36
 5 CPU READ[1] = 129
 5 CPU READ[2] = 9
 5 CPU READ[3] = 99
 V C S S i m u l a t i o n R e p o r t

审核编辑：汤梓红