关于systemverilog中的随机化的使用

在 SystemVerilog 中，有两种主要的随机化方法：

1. 类的 randomize() 方法 - 只能在 class 中使用

2. 全局的 std::randomize() 函数 - 可以在任何地方使用

1、std::randomize

std::randomize 是 SystemVerilog 提供的轻量级随机化接口 ，区别于 class 内的 randomize() 方法，它无需定义类 / 约束块，可直接对任意变量（包括模块内的 reg/wire、局部变量）进行随机化，特点：

1. 无类依赖：直接作用于变量，无需封装成类，适合简单随机场景；
2. 动态约束：支持 inline（内联）约束，灵活控制随机值范围；
3. 类型兼容：支持整数、实数、枚举、数组等几乎所有 SystemVerilog 类型；
4. 返回值判断 ：返回 1 表示随机化成功，0 表示约束冲突 / 失败，便于错误处理

std::randomize()是一个内置函数，它不需要在类中调用，也不依赖于类的rand修饰符。它可以直接对任何变量进行随机化，只要这些变量是可赋值的。

//*********第一个例子**********//
module test;
  int addr;
  bit [3:0] data;
  enum {READ, WRITE, IDLE} op;

  initial begin
    // 约束1：addr在0~1023之间，且为16的倍数
    if (!std::randomize(addr) with {addr >= 0; addr < 1024; addr % 16 == 0;}) begin
      $error("addr randomize failed!"); // 约束冲突时报错
    end
    $display("addr = %0d", addr); // 输出如 16/32/128 等

    // 约束2：data>5，且op不为IDLE
    std::randomize(data, op) with {
      data > 5;
      op != IDLE;
    };
    $display("data = %0d, op = %s", data, op.name()); // data:6~15，op:READ/WRITE
  end
endmodule


//*********第二个例子**********//
module test;
  int arr[5]; // 5元素整数数组

  initial begin
    // 约束：数组元素都在0~100之间，且总和<200，第一个元素>最后一个
    std::randomize(arr) with {
      foreach (arr[i]) arr[i] inside {[0:100]}; // 每个元素0~100
      sum(arr) < 200; // 数组总和<200
      arr[0] > arr[4]; // 第一个元素>最后一个
    };
    $display("arr = %p", arr); // 输出如 '{90, 10, 20, 30, 80}
  end
endmodule

与类内 randomize() 的区别

特性	std::randomize	类内 randomize()
依赖	无类依赖，直接用	需定义类 + 约束块
约束	内联约束（临时）	类内约束块（可重载）
复用性	低（约束随用随写）	高（约束封装在类中）
适用场景	简单随机、临时激励	复杂测试用例、可复用激励

2、randomize

在类中，我们可以声明rand或randc修饰的变量，然后调用该类的randomize()方法来随机化这些变量

class pkt;
  rand int addr;
  rand bit [7:0] data;

  // 软约束：addr默认0~1023，data默认0~200
  constraint c_default {
    soft addr inside {[0:1023]}; // 软约束：地址默认范围
    soft data <= 200;            // 软约束：数据默认上限
    data >= 0;                   // 硬约束：数据下限不可覆盖
  }
endclass


module test;
  pkt p = new();

  initial begin
    p.randomize();//****注意****，这里是使用的pkt类的句柄进行随机化的
    $display("默认约束：addr=%0d, data=%0d", p.addr, p.data); // addr:0~1023，data:0~200

    if (!p.randomize() with {
      addr inside {[2000:3000]}; // 覆盖soft addr约束
      data == 250;               // 覆盖soft data <=200约束
    }) begin
      $error("随机化失败");
    end
    $display("覆盖后：addr=%0d, data=%0d", p.addr, p.data); // addr:2000~3000，data=250

    if (!p.randomize() with {
      data < 0; // 与硬约束data>=0冲突
    }) begin
      $error("硬约束冲突，随机化失败"); // 触发报错
    end
  end
endmodule