如何约束SystemVerilog中枚举类型关联数组的大小？

问题描述 #

尝试约束以枚举类型为键的关联数组大小，编写代码后调用randomize()失败，数组大小始终为0，无法生成包含所有4个枚举键的随机数组。

原代码 #

typedef enum {LOW, MID1, MID2, HIGH} scale;

class seq_item;
  rand bit [7:0] value_a[scale];
  constraint arr_size_c { value_a.num() == 4;}

endclass

module constraint_example;
  seq_item item;
  
  initial begin
    item = new();
    
    repeat(1) begin
      item.randomize();
      foreach(item.value_a[i]) $display("value[%s] = %0d", i.name(), item.value_a[i]);
    end
  end
endmodule

仿真报错信息 #

celium> run
item.randomize();
             |
xmsim: *W,SVRNDF (./testbench.sv,18|19): The randomize method call failed. The unique id of the failed randomize call is 0.
Observed simulation time : 0 FS + 0
xmsim: *W,RNDOCS: These constraints contribute to the set of conflicting constraints:

  constraint arr_size_c { value_a.num() == 4;} (./testbench.sv,7)

xmsim: *W,RNDOCS: These variables contribute to the set of conflicting constraints:

Var_Name                Type   Status        Current_Value          Source                   
---------------------------------------------------------------------------------------------
value_a.size            (U31)  STATE VAR     0 (0x0)                ./testbench.sv ; line 6

问题根源 #

关联数组的num()/size()属于状态变量（STATE VAR），而非可随机变量。约束系统无法直接修改状态变量的值，只能约束随机变量。对于枚举键的关联数组，随机化过程不会自动将所有枚举键添加到数组中，默认数组为空，因此约束value_a.num() == 4会与初始状态冲突，导致随机化失败。

解决方案 #

方法1：显式约束所有枚举键存在 #

通过exists()方法约束每个枚举键必须存在于关联数组中，强制随机化时生成所有键对应的条目：

typedef enum {LOW, MID1, MID2, HIGH} scale;

class seq_item;
  rand bit [7:0] value_a[scale];
  
  constraint all_keys_present_c {
    value_a.exists(LOW);
    value_a.exists(MID1);
    value_a.exists(MID2);
    value_a.exists(HIGH);
  }

endclass

方法2：构造函数初始化所有枚举键 #

在类的构造函数中预先添加所有枚举键，随机化时仅需随机化对应的值，无需约束数组大小：

typedef enum {LOW, MID1, MID2, HIGH} scale;

class seq_item;
  rand bit [7:0] value_a[scale];
  
  function new();
    foreach(scale'(i)) begin
      value_a[i] = 0; // 初始值不影响后续随机化
    end
  endfunction

endclass

预期输出 #

采用上述任一方法后，仿真运行会输出符合预期的结果：

value[LOW] = 15
value[MID1] = 37
value[MID2] = 54
value[HIGH] = 86

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bu-ral