12 Mar fork-join and disable fork

BFM(Bus Functional Model), scoreboard 등 testbench를 개발하면서 두 개 이상의 process를 동시에 실행하도록 구성해야 하는 경우가 있다. 간단한 예로, 특정 task를 수행하되 일정 시간이 지나면 timeout이 발생하도록 구현하는 경우 두 개의 process가 필요하다. 이 때 사용할 수 있는 것이 SystemVerilog의 fork와 join이다. 이와 더불어 join_any, join_none 그리고 disable fork에 대해서도 설명한다.

fork-join

fork–join 내부에 기술된 각 구문은 별개의 process로 동시에 시작된다. 다음 예는 총 5개의 process가 동시에 시작된다. 이 때 ‘hello’와 ‘world’ 중 어떤 것이 먼저 출력되는지는 알 수 없다. 하지만 ‘foo’가 ‘bar’보다 먼저 출력되는 것은 확실하다.

fork
  // process 1
  $display("hello");
  // process 2
  $display("world");
  // process 3
  my_task();
  // process 4
  begin
    $display("foo"); 
    $display("bar");
  end
  // process 5
  repeat (5) begin
    #1 my_function();
  end
join

fork–join 구문 내부에 기술된 모든 구문이 종료되어야 join 이후에 기술된 구문이 수행된다.

fork
  #5  $display("@%2t: A", $realtime);
  #10 $display("@%2t: B", $realtime);
join

$display("@%2t: C", $realtime);

@ 5: A
@10: B
@10: C

fork-join_any

fork–join_any가 fork–join과 다른 점은 내부에 기술된 구문 중 어느 하나라도 종료되면 join_any 이후에 기술된 구문이 수행된다는 점이다.

fork
  #5  $display("@%2t: A", $realtime);
  #10 $display("@%2t: B", $realtime);
join_any

$display("@%2t: C", $realtime);

@ 5: A
@ 5: C
@10: B

fork-join_none

fork–join_none이 fork–join과 다른 점은 내부에 기술된 구문의 종료 여부와 관련 없이 바로 join_none 이후에 기술된 구문이 수행된다는 점이다. fork-join_none Gotcha 페이지도 참고하자.

fork
  #5  $display("@%2t: A", $realtime);
  #10 $display("@%2t: B", $realtime);
join_none

$display("@%2t: C", $realtime);

@ 0: C
@ 5: A
@10: B

disable fork

Process를 강제로 종료해야 할 때는 disable fork 구문을 사용한다. disable fork 사용 시에는 주의가 필요하므로 Safe Use of disable fork 페이지를 참고하자. 먼저 위의 fork–join_any 예제에 disable fork를 추가하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다. join_any를 사용하였기 때문에 ‘A’를 출력하는 process가 종료되는 시점에 disable fork가 실행되었고, ‘B’를 출력하는 process는 강제 종료되어 ‘B’가 출력되지 않는 것을 확인할 수 있다.

fork
  #5  $display("@%2t: A", $realtime);
  #10 $display("@%2t: B", $realtime);
join_any
disable fork;

$display("@%2t: C", $realtime);

@ 5: A
@ 5: C

Summary

join, join_any, join_none의 차이와 정확한 동작을 이해하고 사용하면 다양한 상황에서 매우 유용하게 활용할 수 있는 문법이지만, 그렇지 않을 경우 오히려 큰 혼란을 야기할 수 있으므로 개념을 확실히 잡고 있는 것이 좋다. 마지막으로 fork–join과 disable fork를 활용하여 구현한 timeout 기능을 소개한다.

module top;
  
  timeunit 1ns;
  timeprecision 1ns;

  bit timeout = 0;

  initial begin
    fork
      my_task();
      #100 timeout = 1;
    join_any
    disable fork;

    if (timeout) begin
      $display("timeout");
      $finish;
    end
  end

  task my_task();
    #1000; // takes longer than #100
  endtask: my_task

endmodule: top

References

• http://testbench.in/SV_26_FORK_JOIN.html
• http://testbench.in/SV_27_FORK_CONTROL.html