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分类：RTL设计相关
如果将文章名称写成《一个资深验证工程师通过一篇文章告诉你如何设计寄存器》，那么这篇文章有可能会被传到各大BBS去，获取不错的点击量。但是，当我想到我身边曾有很多比我优秀的验证工程师，他们都没有如此自称时，我就觉得这个标题我实在承受不起，哈哈！ 寄存器（域段）访问属性的概念 一个典型的寄存器定义，如下所示。 寄存名：系统配置寄存器[0xC800_0000] 域段名 | 域段范围 | 访问属性 | 默认值 | 描述 | rsv | 31-7 | RO | 0 | 保留 | video_format | 6-4 | RW | 0 | 启动核心数 0：rmvb 1：mpeg4 2：avi 3：3gp 4：flv 5：dat others：rsv | rsv | 3-1 | RO | 0 | 保留 | mode_type | 0 | RW | 0 | 0：正常模式 1：测试模式 |
域段的访问属性，是从处理器（如CPU）端来看的。以mode_type为例，该域段的访问属性为RW（读写），表示该域段的值既可以被处理器写入，也可以被处理器读出。一般情况下，寄存器域段的访问属性与寄存器的访问属性一致。对于寄存器中的保留域，一般处理器是无法操作保留域段的信息的，可以认为保留域只可以被读出默认值“0”，可以将保留域的访问属性标记为“RO（只读）”。 由于保留域的存在，如上例，“系统配置寄存器”的访问属性为RW，其中，域段mode_type和video_format的访问属性也是RW，但保留域的访问属性就是RO，即存在寄存器访问属性和域段访问属性不一致的情况。 为了描述方便，下文所有“寄存器访问属性”将特指为某个有效“域段的访问属性”。 寄存器访问结构 
如图所示，处理器（CPU）通过其总线Master访问逻辑设计的总线Slave。总线Slave解析寄存器总线访问，如果是写操作，一般转换为对逻辑处理的配置，如果是读操作，一般转换为读取逻辑处理的上报结果。 为了下文描述方便，将处理器写信息称为“数据”，而将逻辑设计内部存储的已有信息，称为“域段值”。 UVM定义的寄存器访问属性 UVM定义的寄存器访问属性共有25个。如果想一下记住25个访问属性，还是比较难的。因此，我们需要对访问属性先做一个归纳总结： 1、 所有包括R的访问属性，会将寄存器的“域段值”读出给处理器； 2、 所有包括W的访问属性，会将处理器的“数据”，传递给寄存器域段处理，但不一定是简单的赋值操作； 3、 读操作的处理范围是整个寄存器（因为读操作无法区分读哪个域段，不读哪个域段）； 4、 写操作的处理范围可以是整个寄存器，也可以是某个域段，当需要区分域段时，需要通过1（或0）标记哪个域段信息被操作； 5、 所有包括“C”的访问，将清除（清0）对应处理范围的信息，处理范围可能是整个寄存器，也可能是整个域段； 6、 所有包括“S”的访问，将置位（置1）对应处理范围的信息，处理范围可能是整个寄存器，也可能是整个域段； 7、 所有包括“T”的访问，将翻转（0->1，1->0）对应处理范围的信息，处理范围可能是整个寄存器，也可能是整个域段； 如果您已经理解以上7点，那么我们可以继续学习UVM的寄存器属性了。 UVM定义的寄存器访问属性如下所示。 编号 | 访问属性 | 属性简述 | 对域段值的效果 | 对处理器的效果 | 写操作 | 读操作 | 读操作 | 1 | RO | 只读 | no effect | no effect | 读出域段值 | 2 | RW | 读写 | as-is | no effect | 读出域段值 | 3 | RC | 读清 | no effect | clears all bits | 读出域段值 | 4 | RS | 读置位 | no effect | sets all bits | 读出域段值 | | 5 | WRC | 写/读清 | as-is | clears all bits | - | 6 | WRS | 写/读置位 | as-is | sets all bits | - | 7 | WC | 写清 | clears all bits | no effect | 读出域段值 | 8 | WS | 写置位 | sets all bits | no effect | 读出域段值 | 9 | WSRC | 写置位/读清 | sets all bits | clears all bits | - | 10 | WCRS | 写清/读置位 | clears all bits | sets all bits | - | 11 | W1C | 写1清 | 1:clears matching bit 0:no effect | no effect | 读出域段值 | 12 | W1S | 写1置位 | 1:sets matching bit 0:no effect | no effect | 读出域段值 | 13 | W1T | 写1翻转 | 1:toggles matching bit 0:no effect | no effect | 读出域段值 | 14 | W0C | 写0清 | 0:clears matching bit 1:no effect | no effect | 读出域段值 | 15 | W0S | 写0置位 | 0:sets matching bit 1:no effect | no effect | 读出域段值 | 16 | W0T | 写0翻转 | 0:toggles matching bit 1:no effect | no effect | 读出域段值 | 17 | W1SRC | 写1置位/读清 | 1:sets matching bit 0:no effect | clears all bits | - | 18 | W1CRS | 写1清/读置位 | 1:clears matching bit 0:no effect | sets all bits | - | 19 | W0SRC | 写0置位/读清 | 0:clears matching bit 1:no effect | clears all bits | - | 20 | W0CRS | 写0清/读置位 | 0:sets matching bit 1:no effect | sets all bits | - | 21 | WO | 只写 | as-is | error | 读错误告警 | 22 | WOC | 写清 | clears all bits | error | 读错误告警 | 23 | WOS | 写置位 | sets all bits | error | 读错误告警 | 24 | W1 | 写（1次） | 见备注 | no effect | 读出域段值 | 25 | WO1 | 只写（1次） | 见备注 | error | 读错误告警 |
备注：W1和WO1的意义“first oneafter HARD reset is as-is, other W have no effects”硬复位后的第一次写操作有效，其余写操作无效。 寄存器访问属性的应用 RW（读写） RW寄存器是逻辑设计中数量最多的寄存器，一般用于配置操作。其中的读操作是可测试性设计，写入的寄存器，处理器可以通过读取操作，判断写入信息是否正确。 
有“高人”曾建议，配置寄存器就应该采用“WO只写”方式，这样可以节省寄存器资源。我当时真的感到“天雷滚滚”！不怕被测试、软件，以及项目经理骂死，就这么设计好了。省的那点资源，不够费的功夫。 RO（只读） RO寄存器是逻辑设计中数量第二多的寄存器，一般用于状态指示，或者信息采样。 状态指示举例：当前的时钟是否锁定（PLL_LOCK）；当前的状态机状态（FSM_State）； 信息采样举例：当前处理数据的平均功率统计（averagepower）。
RC（读清） RC寄存器，读操作后，域段信息就被清除。应用RC寄存器的考虑因素包括： 从设计便利性考虑：一段时间的统计信息，如计数值，或者平均功率，读操作完成后，数据清零，重新统计； 从信息的重要性考虑：相对不是特别重要的信息，一般可以采用读清操作。 RC寄存器与RO寄存器的结构基本一致，仅多了一步清除操作。 RS（读置位） 与RC的应用场景类似，有时候计数器置位后，下一次计数则从0xffff直接跳到0，比较方便。但是，本能上不喜好这样的设计，没有任何特殊理由。 WC（写清） 主要与RC（读清）寄存器对比，相比较读清，写清可以在软件确信获取到信息后，再清除信息。需要注意的是，WC（写清）是与RC（读清）做选择，而不是和W1C（写1清）做选择。因为WC和RC都是对整个寄存器的操作，而W1C是对域段的操作，应用场景完全不同。 
W1C（写1清） 最常用于“中断状态指示寄存器”。
当中断发生时，逻辑发送中断“脉冲”给寄存器域段缓存。处理器收到中断线指示（中断使能场景）后，读取相应的“中断状态指示寄存器”，获取是哪个信息导致的中断。处理器依次处理中断对应信息，完成中断处理程序后，向对应域段的写1，清除对应域段。 
一般W1C寄存器，与某个RW寄存器的域段一一对应，该RW寄存器为“中断状态指示使能寄存器”，一个bit的使能，对应一个bit的中断状态指示。 写1清的好处是，仅操作对应域段，而不影响其他域段的中断信息。
W1C（写1清）要小心“电平指示”中断。 对于“脉冲”指示的中断，中断信息缓存在寄存器域段里，如果清中断，系统中就不再有中断指示。但是，对于“电平指示”的中断，仅仅清除寄存器域段中的指示是不够的，还需要清除逻辑处理发出的持续电平信号。否则，即使清除了寄存器域段中的中断指示，逻辑处理的中断电平又会立刻将寄存器中的中断指示拉起。导致最终陷入“清中断->重新拉起中断”的死循环。 
W1T（写1翻转） 一个非常有意思的寄存器访问属性，最常用于“总线测试寄存器”。举例如下： 
当“域段值”为8’hFF时，写入8’h55，读出8’hAA，证明总线（APB/AXI）读写正常。 W1（只写1次） 一般这样的寄存器应用于做“一次”操作的判断（flag）。应用该寄存器的需求分析： 1、 从便利性的角度分析：可以多个软件进程调用写，只要有一个写操作，写操作就记录，且屏蔽后续的写操作。在某些场景下，这样的设计会比较方便； 2、 从“安全性”的角度分析：某些特殊信息，如DDR初始化启动指示等，上电后，仅操作一次。 但是，从设计角度讲，这样的设计有些过于严格要求硬件，而放松软件。但是，硬件如何设计不合理，软件是没有办法挽回的。例如DDR初始化，可能在某些场景，需要执行两次，如果软复位操作不到对应寄存器，系统就可能挂死。因此，要慎用W1（只写1次）访问属性的寄存器。 其余寄存器访问属性 其余寄存器访问属性，不是特别常见，本文就不再赘述。虽然更多的寄存器属性，可以带来应用上的方便，但是也会带来理解上的障碍。从沟通的角度来看，我建议尽量少用不常见的寄存器属性。当然，哪些寄存器访问属性是常用的，哪些是不常用的，这个问题可以好好探讨。
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