[SystemVerilog] 4.14 동적 객체 이해하기 (Understanding Dynamic Objects)

 

SystemVerilog에서 동적 객체를 이해하는 것은 매우 중요하다. 기존 Verilog와 달리, 객체지향 프로그래밍(OOP)에서는 객체와 핸들이 분리되어 있어, 하나의 핸들이 여러 객체를 참조할 수 있다.

Verilog에서는 모든 데이터가 고정된 변수와 연결되지만, OOP에서는 객체의 수와 핸들의 수가 다를 수 있다. 예를 들어, 테스트벤치에서 수천 개의 트랜잭션 객체를 생성하더라도, 조작하는 핸들은 몇 개만 사용할 수도 있다.
이 개념은 기존 Verilog 사용자에게 익숙하지 않을 수 있으며, 객체를 다루는 새로운 방식에 적응하는 과정이 필요하다.

SystemVerilog에서는 객체를 조작하기 위해 핸들을 사용한다. 핸들은 객체를 가리키는 포인터와 유사하며, 객체는 배열, 큐, 링크드 리스트 등의 자료구조 내에 저장될 수 있다.
이러한 핸들은 메일박스(mailbox) 같은 SystemVerilog 내부 구조에 저장되기도 한다. 메일박스에 대한 자세한 내용은 7.6절에서 다룬다.

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4.14.1 루틴에서 객체 전달하기 (Passing Objects to Routines)

객체를 루틴(함수, 태스크)에 전달할 때 핸들을 사용한다.
루틴은 전달된 객체를 읽거나 수정할 수 있다. 예를 들어, transmit() 태스크는 BusTran 객체의 데이터를 읽거나 변경할 수 있다.

핸들을 루틴에 전달하는 예제

task transmit(BusTran bt);  
    CBus.rx_data <= bt.data;  
    bt.timestamp = $time;  
endtask  

BusTran b;  
initial begin  
    b = new();  // 객체 생성  
    b.addr = 42;  // 값 설정  
    transmit(b);  // 객체 전달  
end

위 코드에서 transmit(b)를 호출하면 b의 핸들이 transmit() 함수로 전달된다.
그러나, transmit()이 핸들 자체를 변경하려면 ref 키워드를 사용해야 한다.
ref를 사용하지 않으면 값이 복사되므로 원본 객체의 데이터가 바뀌지 않는다.

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4.14.2 태스크에서 핸들 수정하기 (Modifying a Handle in a Task)

루틴 내에서 객체 핸들을 변경하려면 ref 키워드를 사용해야 한다.
이를 생략하면, 핸들이 새 객체를 가리키더라도 호출자에게 영향을 주지 않는다.

잘못된 코드 (ref를 사용하지 않음)

task create_packet(BusTran bt);  
    bt = new();  // bt를 새로운 객체로 변경  
    bt.addr = 42;  
endtask  

BusTran b;  
initial begin  
    create_packet(b);  // bt를 새로운 객체로 변경하지만 호출자에는 영향 없음  
    $display(b.addr);  // b는 여전히 null  
end

위 코드에서 create_packet(b)가 호출된 후에도 b는 null 상태를 유지한다.
즉, bt = new();는 새로운 객체를 생성하지만 b에는 영향을 주지 않는다.

올바른 코드 (ref 사용)

task create_packet(ref BusTran bt);  
    bt = new();  
    bt.addr = 42;  
endtask

이렇게 하면, bt = new();가 b에 영향을 주고, 새로운 객체를 할당할 수 있다.

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4.14.3 실행 중 객체 수정하기 (Modifying Objects in Flight)

테스트벤치에서 반복적인 트랜잭션을 생성할 때, 객체를 올바르게 생성해야 한다.
잘못하면 하나의 객체를 여러 번 재사용하게 되어, 각 트랜잭션이 같은 데이터를 공유하게 된다.

잘못된 코드 (객체를 반복 사용)

task generator_bad(int n);  
    BusTran b;  
    b = new();  // 한 번만 객체 생성  
    repeat (n) begin  
        b.addr = $random();  // 주소 변경  
        $display("Sending addr=%h", b.addr);  
        transmit(b);  
    end  
endtask

위 코드에서는 b 객체가 한 번만 생성되고, repeat 루프에서 계속해서 같은 객체를 재사용한다.
따라서, transmit(b)를 호출할 때마다 addr 값이 바뀌어, 마지막으로 설정된 값만 전송될 위험이 있다.

올바른 코드 (객체를 매번 새로 생성)

task generator_good(int n);  
    BusTran b;  
    repeat (n) begin  
        b = new();  // 객체를 매번 새로 생성  
        b.addr = $random();  
        $display("Sending addr=%h", b.addr);  
        transmit(b);  
    end  
endtask

이제 루프를 돌 때마다 새로운 객체가 생성되므로, 각 트랜잭션이 독립적인 데이터를 갖게 된다.

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4.14.4 핸들 배열 사용하기 (Arrays of Handles)

SystemVerilog에서 여러 개의 객체를 저장하려면 핸들 배열을 사용해야 한다.
핸들 배열을 선언하면, 각 요소는 객체를 가리키는 핸들이지만, 초기화되지 않은 상태이다.
즉, 명시적으로 new()를 호출해야 객체가 생성된다.

핸들 배열을 사용하는 예제

task generator();  
    BusTran barray[10];  // 핸들 배열 선언  

    foreach (barray[i]) begin  
        barray[i] = new();  // 각 객체 생성  
        transmit(barray[i]);  
    end  
endtask

핸들 배열은 객체 자체를 저장하는 것이 아니라 객체를 참조하는 핸들만 저장한다.
따라서, 배열을 선언해도 각 요소가 자동으로 객체를 갖지는 않는다.
각 요소마다 new()를 호출해야 실제 객체가 생성된다.

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정리

이번 글에서는 SystemVerilog에서 동적 객체를 사용하는 방법에 대해 정리했다.
핵심 개념을 정리하면 다음과 같다.

• 객체와 핸들은 다르다: 객체를 생성해도 핸들이 없으면 접근할 수 없다.
• 객체를 루틴에 전달할 때는 핸들을 사용한다: 루틴에서 객체를 수정하려면 ref 키워드를 사용해야 한다.
• 객체를 반복적으로 생성할 때는 주의해야 한다: 같은 객체를 여러 번 사용하면 값이 덮어씌워질 위험이 있다.
• 객체 배열을 사용할 때는 초기화가 필요하다: 핸들 배열을 선언하면 new()를 호출하여 개별 객체를 생성해야 한다.

SystemVerilog에서 동적 객체를 효과적으로 활용하면, 더 유연하고 유지보수가 쉬운 테스트벤치를 작성할 수 있다.
앞으로 더 심화된 개념을 학습하여 SystemVerilog의 객체지향 프로그래밍을 익히도록 하자.

 

 

 

 

Chris Spear 저자님의

SystemVerilog For Verification

A Guide to Learning the Testbench Language Features

내용을 기본으로 작성되었습니다.