一种可重用constraint的实现方法

近期看到一种关于约束的复用方法，总结分享如下。

在不同的用例中，随机参数的随机约束不会完全一致，最典型的就是错误或者异常用例的非法取值约束。对于这种不同的约束，常见的处理办法就是继承，并重写原有参数的约束，如下所示。

class item;
rand bit[3:0] A;
constraint c{
    A > 0;
}
//....
endclass

class abnormal_item;
constraint c{
    A == 0;//覆盖原有的A>0约束
}
//....
endclass

除了存在可能的过度继承问题，继承方式是一种"静态"的is-a关系，一旦abnormal_item确定后，参数的约束就已确定，不具备动态添加或者删除约束的能力。

到这里，提一下Decorator Pattern(装饰者模式)。Decorator Pattern大致是一种这样的思路：

在Decorator Pattern的结构中，可以动态地给一个对象添加新的功能，同时又不改变其结构，将对象的行为分为核心功能和可选功能。核心功能指对象最基本的职责，而可选功能则是在不改变核心职责的情况下增加的功能。通过使用装饰者模式，可以动态地将可选功能装饰在核心功能之上，使对象的功能更加灵活......

借鉴类似的思路，可以将随机参数和其约束分离开来，将随机约束视作对原参数的"装饰"，进而达到动态、可复用随机约束的目的。

一个实例的类图结构如下：

在这种结构下，大致分为两层：
第一层是包含随机参数的激励定义层，item仅包含随机参数的声明，不包含参数的约束内容。constrainted_item继承于item，不包含直接的参数约束，而是通过add_instance_cons方法，动态的添加对随机参数的约束。
第二层是约束实现层，抽象类abstract_constraint仅包含item类，不实现对tem参数的具体约束，不同的约束由可重用的子类实现，即图中的reusable_cons实现。

相关参考代码如下。

随机参数定义：

class item;
    rand int val;
endclass

class constrained_item extends item;
    `constraints_utils(item)
endclass

抽象和约束实现定义：

virtual class abstract_constraint #(type T = int);

  protected T object;

  function void set_object(T object);
    this.object = object;
  endfunction
endclass

class only_even_values extends abstract_constraint #(item);
    constraint c {
      object.val % 2 == 0;
    }
endclass

动态添加约束和随机：

initial begin
    automatic constrained_item i = new();
    automatic only_even_values only_even = new();
    i.add_instance_constraint(only_even);

    repeat (100) begin
      if (!i.randomize())
        $fatal(0, "Randomization failure");
      //....
    end
end

上述的constraints_utils实现代码如下：

`define constraints_utils(TYPE) 
...
  local rand constraints::abstract_constraint #(TYPE) instance_constraints[$]; 
  function void add_instance_constraint(constraints::abstract_constraint #(TYPE) c); 
    constraints::abstract_constraint #(TYPE) c_copy = new c; 
    c_copy.set_object(this); 
    instance_constraints.push_back(c_copy); 
  endfunction 
...

可以看到，constrained_item内部包含了一个rand类型的instance_constraints队列，用于存储分离约束的句柄。同时only_even_values内也包含了指向constrained_item的句柄。当constrained_item进行randomize时，instance_constraints队列也会随机，在only_even_values内完成对constrained_item的参数约束。

审核编辑：刘清