SystemVerilog中task内生成线程后wait fork失效问题及解决方法

问题原因 #

在initial块中直接使用fork...join_none时，新创建的线程属于initial进程的直接子线程，此时initial内的wait fork会等待所有属于该进程的未完成子线程执行完毕。

但将线程生成逻辑移入spawn_threads task后，fork...join_none创建的线程是task进程的子线程。当task执行完毕返回initial时，task进程已终止，而initial块中的wait fork仅会等待自身进程启动的子线程，不会等待task进程启动的后代线程。仿真器会在initial块执行完wait fork后直接结束，导致task内的线程还未执行打印操作就被终止。

解决方法 #

根据异步/同步需求，可选择以下方案：

方案1：用线程句柄追踪异步线程

在task中创建线程时保存线程句柄，传递给initial块后通过等待句柄触发状态来确认线程完成：

module thread_demo;
  task spawn_threads(output thread th1, output thread th2);
    th1 = fork
      $display("Thread 1 executed");
    join_none;
    
    th2 = fork
      $display("Thread 2 executed");
    join_none;
  endtask

  initial begin
    thread t1, t2;
    spawn_threads(t1, t2);
    wait(t1.triggered);
    wait(t2.triggered);
    $display("All threads finished");
  end
endmodule

方案2：让task线程成为initial的后代线程

将task调用包裹在initial块的fork...join_none中，使task进程成为initial的子进程，其创建的线程也会被initial的wait fork识别并等待：

module thread_demo;
  task spawn_threads();
    fork
      $display("Thread 1 executed");
    join_none;
    
    fork
      $display("Thread 2 executed");
    join_none;
  endtask

  initial begin
    fork
      spawn_threads();
    join_none;
    wait fork;
    $display("All threads finished");
  end
endmodule

方案3：task内部同步等待线程完成

若不需要异步执行，可在task内部添加wait fork，确保task返回时所有线程已执行完毕：

module thread_demo;
  task spawn_threads();
    fork
      $display("Thread 1 executed");
    join_none;
    
    fork
      $display("Thread 2 executed");
    join_none;
    wait fork; // 等待当前task内所有线程完成
  endtask

  initial begin
    spawn_threads();
    $display("All threads finished");
  end
endmodule

内容的提问来源于stack exchange，提问作者darionvgvp