多任务系统

Verilua 实现了一个基于事件轮询调度的调度器（Scheduler），用于管理和记录用户注册的任务，Verilua 通过这种调度系统来实现多任务的调度。在具体实现上，每个任务在执行到特定事件时，会通过 Scheduler 注册对应的回调函数（callback），并主动让出控制权，直到回调函数被触发后由 Scheduler 唤醒。这种协作式多任务模型依赖于任务的主动控制权让出，任务在让出控制权时可指定回调类型，例如上升沿（posedge）或下降沿（negedge）等。Scheduler 采用 Round Robin 仲裁策略，确保所有注册任务能够公平地获得执行机会，从而在单线程环境中实现高效的任务调度与并发执行。

下图是 Verilua 的任务调度流程，可以分为五个步骤：

Scheduler 遍历所有已注册的任务，每个任务通过唯一的 Task ID 进行标识；
进入到其中一个任务中执行，执行特定位置让出任务控制权并提供回调类型与 Task ID进行回调注册；
Scheduler 通过 VPI-ML（Verilua 定义的一个中间层）与仿真器交互，控制仿真器注册指定的回调函数；
回调函数注册后，仿真器继续运行，直到回调触发；
仿真器在特定时间点触发回调后，通过 Task ID 定位对应任务，并恢复任务执行。

这一过程实现了任务的调度，且回调注册是异步的，任务无需等待回调完成即可继续执行其他任务，任务之间不存在依赖运行。

创建任务

在 Verilua 中，我们可以通过 fork 来创建任务，并将其添加到 Scheduler 中，同时被创建的任务会随机分配一个唯一的任务 ID。例如：

fork { -- 也可以使用 `verilua "appendTasks"`，不过目前推荐使用 fork 来创建任务
    function ()
        print("fork task 1")
    end,

    function ()
        print("fork task 2")
    end,

    -- Other tasks...
}

使用 fork 来创建任务的时候也可以指定任务的名称，例如：

fork {
    simple_task = function ()
        print("fork task 1")
    end,

    ["another simple task"] = function ()
        print("fork task 2")
    end,

    -- Other tasks...
}

如果没有指定任务名称，那么 Verilua 会自动生成一个名称，具体格式为: unnamed_task_<task_id>。

这里的每一个 function 在 Verilua 的底层中都被用于创建一个个的 coroutine 从而允许 Verilua 的 Scheduler 进行调度。

注册任务回调

Verilua 的 task 中支持 posedge、negedge、edge、time 仿真行为控制机制，能够满足大部分的硬件仿真交互场景。

其中posedge、negedge、edge只能作用在位宽为 1 bit 的信号上，并且可以由 CallableHDL、ProxyTableHandle 等数据结构来创建。下面是一个简单的例子：

fork {
    function ()
        print("start task 1")

        --
        -- Use ProxyTableHandle(dut)
        --
        dut.clock:posedge()
        print("posedge clock")

        dut.clock:negedge()
        print("negedge clock")

        dut.clock:posedge(10)

        dut.clock:negedge(5, function(c)
            print("repeat negedge clock 5 times, now is " .. c)
        end)

        --
        -- Use CallableHDL
        --
        local clock = dut.clock:chdl()
        clock:posedge()
        clock:negedge()
    end
}

posedge/negedge/edge 等回调注册函数可以接收两个参数，第一个是回调的等待次数，第二个是回调函数，回调函数在每次触发事件的时候都会被执行，回调函数还会接收一个参数，表示第几次进入到回调函数中。

time 这一个行为控制机制不需要使用到具体的硬件信号，只需要在任务中使用 await_time(XXX) 即可，其中 XXX 是指定的时间，单位与仿真器的时间单位相当，例如：

fork {
    function ()
        print("start task 1")

        await_time(10)
        print("await time 10")

        await_time(100)
        print("await time 100")
    end
}

任务同步

多个任务之间的同步可以使用 EventHandle 来创建特定事件实现，不同于直接使用全局变量进行同步，EventHandle 能够更进一步在事件触发的时候对正在等待的任务进行唤醒，从而实现了及时的任务同步。具体代码如下：

-- Create a EvevntHandle with name "name of the event"
local e = ("name of the event"):ehdl()

fork {
    task_1 = function ()
        dut.clock:posedge(10)
        print("send event")
        e:send()
    end,

    task_2 = function ()
        e:wait()
        print("task_2 is awakened")
    end,

    task_3 = function ()
        dut.clock:posedge(5)
        e:wait()
        print("task_3 is awakened")
    end,
}

上述代码中，task_2 将会在第十个仿真周期到来的时候被 task_1 唤醒，并且在唤醒后会打印出 task_2 is awakened，而 task_3 则在第五个仿真周期到来的时候被 task_1 唤醒，并且在唤醒后会打印出 task_3 is awakened。

需要注意的是，Verilua 允许有多个任务在等待同一个事件，但是同一时间点不能有多个任务同时 send 同一个 EventHandle，如果多个任务同时 send 事件，则会导致待唤醒的任务被唤醒多次，出现不符合预期的行为，但是 Verilua 底层并不会检查这一种情况，因此用户需要自行规避。

Scheduler 底层 API 的使用

Verilua 的 Scheduler 提供了一系列 API 来查看和管理任务，下面是一些常用的 API 的介绍。

注册任务

scheduler:append_task(task_id, namee, task_body, start_now) 用于注册一个任务。

task_id 是任务的唯一标识，可以输入nil 来让 Scheduler 自动生成一个唯一的任务 ID，否则 Scheduler 则会使用这里指定的 task_id 作为任务的唯一标识；
name 是被注册任务的名称；
task_body 是任务的代码块，也就是一个 function；
start_now 是否立即启动该任务，默认为 false，如果设置为 true 则会在调用 append_task 之后立即启动任务（执行 task_body 代码块）.

append_task 在调用之后会创建一个任务并将其添加到 Scheduler 中，同时返回一个任务 ID。scheduler 是一个全局的变量，可以通过 local scheduler = require "LuaScheduler" 来引入。

下面是一个简单的例子：

local scheduler = require "LuaScheduler"

local id = scheduler:append_task(nil, "task_1", function ()
    print("task_1 is running")
    dut.clock:posedge(10)
    print("task_1 is finished")
ene)

local id2 = scheduler:append_task(nil, "task_2", function ()
    print("task_2 is running")
    dut.clock:posedge(10)
    print("task_2 is finished")
end, true)

local id3 = scheduler:append_task(123, "task_3", function ()
    print("task_3 is running")
    dut.clock:posedge(10)
    print("task_3 is finished")
end)
assert(id3 == 123, "task_id should be 123")

scheduler:append_task(...) 返回的 task_id 可以结合 scheduler:check_task_exists(task_id) 来检查任务是否存在

列出所有任务

scheduler:list_tasks() 用于列出所有注册的任务，并打印出其信息。下面是一个输出的示例：

Terminal

[scheduler list tasks]:
-----------------------------------------------------------
[0] name: task_1    id: 1123     cnt:12
[1] name: task_2    id: 2323     cnt:13
[2] name: task_3    id: 3456     cnt:14
-----------------------------------------------------------

其中的 id 为任务的唯一标识，cnt 为任务在调度器中的执行次数。

每次仿真结束的时候，Verilua 都会自动调用一次 scheduler:list_tasks()

检查任务是否存在

scheduler:check_task_exists(task_id) 用于检查任务是否存在，如果任务不存在则返回 false，否则返回 true。

local scheduler = require "LuaScheduler"

local id = scheduler:append_task(nil, "task_1", function ()
    print("task_1 is running")
    dut.clock:posedge(10)
    print("task_1 is finished")
end)

local exists = scheduler:check_task_exists(id)
assert(exists, "task_1 should exist")

Scheduler 任务性能统计

Verilua 内置了一个 Scheduler 的任务性能统计功能，可以通过在仿真开始之前将环境变量 VL_PERF_TIME 设置为 1 来动态开启该功能。例如：

Terminal

VL_PERF_TIME=1 xmake run TestDesign

# or
export VL_PERF_TIME=1
xmake run TestDesign

在仿真结束之后，Verilua 会自动调用 scheduler:Terminal

------------------------------------------- [ [839 [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ total_time:

多任务系统

创建任务

注册任务回调

任务同步

Scheduler 底层 API 的使用

注册任务

列出所有任务

检查任务是否存在

Scheduler 任务性能统计

其他 Scheduler API

Start Task 和 Finish Task