From e25c66de0781294506cb97ae1813662c593e2c7c Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Yilou Wang Date: Mon, 1 Dec 2025 22:26:16 +0100 Subject: [PATCH] Support complex std::randomize patterns (#6736) (#6737) --- src/V3AstNodeOther.h | 4 + src/V3AstNodes.cpp | 2 + src/V3Randomize.cpp | 117 +++++++++++++----- test_regress/t/t_constraint_json_only.out | 26 ++-- test_regress/t/t_dump_json.out | 62 +++++----- test_regress/t/t_json_only_begin_hier.out | 4 +- test_regress/t/t_json_only_debugcheck.out | 54 ++++---- test_regress/t/t_json_only_first.out | 24 ++-- test_regress/t/t_json_only_flat.out | 30 ++--- .../t/t_json_only_flat_no_inline_mod.out | 6 +- test_regress/t/t_json_only_flat_pub_mod.out | 6 +- test_regress/t/t_json_only_flat_vlvbound.out | 32 ++--- test_regress/t/t_json_only_output.out | 2 +- test_regress/t/t_json_only_tag.out | 16 +-- test_regress/t/t_std_randomize.v | 46 ++++--- test_regress/t/t_var_port_json_only.out | 40 +++--- 16 files changed, 273 insertions(+), 198 deletions(-) diff --git a/src/V3AstNodeOther.h b/src/V3AstNodeOther.h index aeac0d27a..782f1a511 100644 --- a/src/V3AstNodeOther.h +++ b/src/V3AstNodeOther.h @@ -1878,6 +1878,7 @@ class AstVar final : public AstNode { bool m_ignoreSchedWrite : 1; // Ignore writes in scheduling (for special optimizations) bool m_dfgMultidriven : 1; // Singal is multidriven, used by DFG to avoid repeat processing bool m_globalConstrained : 1; // Global constraint per IEEE 1800-2023 18.5.8 + bool m_isStdRandomizeArg : 1; // Argument variable created for std::randomize (__Varg*) void init() { m_ansi = false; m_declTyped = false; @@ -1929,6 +1930,7 @@ class AstVar final : public AstNode { m_ignoreSchedWrite = false; m_dfgMultidriven = false; m_globalConstrained = false; + m_isStdRandomizeArg = false; } public: @@ -2096,6 +2098,8 @@ public: void setDfgMultidriven() { m_dfgMultidriven = true; } void globalConstrained(bool flag) { m_globalConstrained = flag; } bool globalConstrained() const { return m_globalConstrained; } + bool isStdRandomizeArg() const { return m_isStdRandomizeArg; } + void setStdRandomizeArg() { m_isStdRandomizeArg = true; } // METHODS void name(const string& name) override { m_name = name; } void tag(const string& text) override { m_tag = text; } diff --git a/src/V3AstNodes.cpp b/src/V3AstNodes.cpp index 1dad887d6..ff2ff975c 100644 --- a/src/V3AstNodes.cpp +++ b/src/V3AstNodes.cpp @@ -2784,6 +2784,7 @@ void AstVar::dump(std::ostream& str) const { if (isDpiOpenArray()) str << " [DPIOPENA]"; if (ignorePostWrite()) str << " [IGNPWR]"; if (ignoreSchedWrite()) str << " [IGNWR]"; + if (isStdRandomizeArg()) str << " [STDRANDARG]"; if (!lifetime().isNone()) str << " [" << lifetime().ascii() << "] "; str << " " << varType(); } @@ -2805,6 +2806,7 @@ void AstVar::dumpJson(std::ostream& str) const { dumpJsonBoolFunc(str, isDpiOpenArray); dumpJsonBoolFunc(str, isFuncReturn); dumpJsonBoolFunc(str, isFuncLocal); + dumpJsonBoolFunc(str, isStdRandomizeArg); dumpJsonStr(str, "lifetime", lifetime().ascii()); dumpJsonStr(str, "varType", varType().ascii()); if (dtypep()) dumpJsonStr(str, "dtypeName", dtypep()->name()); diff --git a/src/V3Randomize.cpp b/src/V3Randomize.cpp index f79522b49..95ae238d7 100644 --- a/src/V3Randomize.cpp +++ b/src/V3Randomize.cpp @@ -175,6 +175,8 @@ class RandomizeMarkVisitor final : public VNVisitor { if (varrefp->varp() == varp) return true; } else if (const AstMemberSel* const memberselp = VN_CAST(exprp, MemberSel)) { if (memberselp->varp() == varp) return true; + } else if (const AstArraySel* const arrselp = VN_CAST(exprp, ArraySel)) { + if (VN_AS(arrselp->fromp(), VarRef)->varp() == varp) return true; } } return false; @@ -535,15 +537,20 @@ class RandomizeMarkVisitor final : public VNVisitor { AstNodeExpr* exprp = argp->exprp(); while (exprp) { AstVar* randVarp = nullptr; + AstVarRef* varrefp = nullptr; if (AstMemberSel* const memberSelp = VN_CAST(exprp, MemberSel)) { randVarp = memberSelp->varp(); exprp = memberSelp->fromp(); - } else { - AstVarRef* varrefp = nullptr; - varrefp = VN_AS(exprp, VarRef); + } else if ((varrefp = VN_CAST(exprp, VarRef))) { randVarp = varrefp->varp(); varrefp->user1(true); exprp = nullptr; + } else { + varrefp = VN_AS(VN_CAST(exprp, ArraySel)->fromp(), VarRef); + randVarp = varrefp->varp(); + varrefp->user1(true); + varrefp->access(VAccess::READWRITE); + exprp = nullptr; } UASSERT_OBJ(randVarp, nodep, "No rand variable found"); AstNode* backp = randVarp; @@ -674,7 +681,7 @@ class RandomizeMarkVisitor final : public VNVisitor { void visit(AstNodeExpr* nodep) override { iterateChildrenConst(nodep); - if (!m_constraintExprGenp) return; + if (!m_constraintExprGenp && !m_inStdWith) return; nodep->user1((nodep->op1p() && nodep->op1p()->user1()) || (nodep->op2p() && nodep->op2p()->user1()) || (nodep->op3p() && nodep->op3p()->user1()) @@ -1425,6 +1432,7 @@ class CaptureVisitor final : public VNVisitor { AstVar* getVar(AstVar* const varp) const { const auto it = m_varCloneMap.find(varp); if (it == m_varCloneMap.end()) return nullptr; + if (it->second->isStdRandomizeArg()) return nullptr; return it->second; } @@ -1495,6 +1503,7 @@ class CaptureVisitor final : public VNVisitor { if (m_ignore.count(nodep)) return; m_ignore.emplace(nodep); UASSERT_OBJ(nodep->varp(), nodep, "Variable unlinked"); + if (nodep->varp()->isStdRandomizeArg()) return; CaptureMode capMode = getVarRefCaptureMode(nodep); if (mode(capMode) == CaptureMode::CAP_NO) return; if (mode(capMode) == CaptureMode::CAP_VALUE) captureRefByValue(nodep, capMode); @@ -1633,6 +1642,33 @@ class RandomizeVisitor final : public VNVisitor { std::set m_writtenVars; // Track write_var calls per class to avoid duplicates // METHODS + // Check if two nodes are semantically equivalent (not pointer equality): + static bool isSimilarNode(const AstNodeExpr* withExpr, const AstNodeExpr* argExpr) { + // VarRef: compare variable pointers + if (VN_IS(argExpr, VarRef) && VN_IS(withExpr, VarRef)) { + return VN_AS(withExpr, VarRef)->varp() == VN_AS(argExpr, VarRef)->varp(); + } + // MemberSel: compare object and member (obj.y) + if (VN_IS(argExpr, MemberSel) && VN_IS(withExpr, MemberSel)) { + const AstMemberSel* const withMSp = VN_AS(withExpr, MemberSel); + const AstMemberSel* const argMSp = VN_AS(argExpr, MemberSel); + if (withMSp->varp() != argMSp->varp()) return false; + // Recursively compare the base object expression + return isSimilarNode(withMSp->fromp(), argMSp->fromp()); + } + // ArraySel: compare array base and index (arr[i]) + if (VN_IS(argExpr, ArraySel) && VN_IS(withExpr, ArraySel)) { + const AstArraySel* const withASp = VN_AS(withExpr, ArraySel); + const AstArraySel* const argASp = VN_AS(argExpr, ArraySel); + // Index must be Sel type, extract VarRef using fromp() + if (!VN_IS(withASp->bitp(), Sel) || !VN_IS(argASp->bitp(), Sel)) return false; + const AstNodeExpr* const withIdxp = VN_AS(withASp->bitp(), Sel)->fromp(); + const AstNodeExpr* const argIdxp = VN_AS(argASp->bitp(), Sel)->fromp(); + return isSimilarNode(withASp->fromp(), argASp->fromp()) + && isSimilarNode(withIdxp, argIdxp); + } + return false; + } void createRandomGenerator(AstClass* const classp) { if (classp->user3p()) return; if (classp->extendsp()) { @@ -2605,38 +2641,14 @@ class RandomizeVisitor final : public VNVisitor { new AstConst{nodep->fileline(), AstConst::WidthedValue{}, 32, 1}}); std::unique_ptr withCapturep; int argn = 0; + AstWith* withp = nullptr; for (AstNode* pinp = nodep->pinsp(); pinp; pinp = pinp->nextp()) { - AstArg* const argp = VN_CAST(pinp, Arg); - AstWith* const withp = VN_CAST(pinp, With); - if (withp) { - FileLine* const fl = nodep->fileline(); - withCapturep - = std::make_unique(withp->exprp(), m_modp, nullptr); - withCapturep->addFunctionArguments(randomizeFuncp); - // Clear old constraints and variables for std::randomize with clause - if (stdrand) { - randomizeFuncp->addStmtsp( - implementConstraintsClearAll(randomizeFuncp->fileline(), stdrand)); - } - AstNode* const capturedTreep = withp->exprp()->unlinkFrBackWithNext(); - randomizeFuncp->addStmtsp(capturedTreep); - { - ConstraintExprVisitor{m_memberMap, capturedTreep, randomizeFuncp, - stdrand, nullptr, m_writtenVars}; - } - AstCExpr* const solverCallp = new AstCExpr{fl}; - solverCallp->dtypeSetBit(); - solverCallp->add(new AstVarRef{fl, stdrand, VAccess::READWRITE}); - solverCallp->add(".next()"); - AstVar* const fvarp = VN_AS(randomizeFuncp->fvarp(), Var); - AstVarRef* const retvalReadp = new AstVarRef{fl, fvarp, VAccess::READ}; - AstNodeExpr* const andExprp = new AstAnd{fl, retvalReadp, solverCallp}; - AstVarRef* const retvalWritep = new AstVarRef{fl, fvarp, VAccess::WRITE}; - randomizeFuncp->addStmtsp(new AstAssign{fl, retvalWritep, andExprp}); - } + if ((withp = VN_CAST(pinp, With))) break; + } + for (const AstNode* pinp = nodep->pinsp(); pinp; pinp = pinp->nextp()) { + const AstArg* const argp = VN_CAST(pinp, Arg); if (!argp) continue; AstNodeExpr* exprp = argp->exprp(); - AstCMethodHard* const basicMethodp = new AstCMethodHard{ nodep->fileline(), new AstVarRef{nodep->fileline(), stdrand, VAccess::READWRITE}, @@ -2644,6 +2656,20 @@ class RandomizeVisitor final : public VNVisitor { AstVar* const refvarp = new AstVar{exprp->fileline(), VVarType::MEMBER, "__Varg"s + std::to_string(++argn), exprp->dtypep()}; + refvarp->setStdRandomizeArg(); + // Replace argument occurrences in 'with' clause with __Varg* reference. + if (withp) { + withp->foreach([&](AstNodeExpr* exp) { + if (isSimilarNode(exp, exprp)) { + AstVarRef* const replaceVar + = new AstVarRef{exprp->fileline(), refvarp, VAccess::READWRITE}; + exp->replaceWith(replaceVar); + replaceVar->user1(exp->user1()); + replaceVar->varp()->user2p(m_modp); + VL_DO_DANGLING(pushDeletep(exp), exp); + } + }); + } refvarp->direction(VDirection::REF); refvarp->funcLocal(true); refvarp->lifetime(VLifetime::AUTOMATIC_EXPLICIT); @@ -2666,6 +2692,31 @@ class RandomizeVisitor final : public VNVisitor { VN_AS(randomizeFuncp->fvarp(), Var), VAccess::READ}, basicMethodp}}); } + if (withp) { + FileLine* const fl = nodep->fileline(); + withCapturep = std::make_unique(withp->exprp(), m_modp, nullptr); + withCapturep->addFunctionArguments(randomizeFuncp); + // Clear old constraints and variables for std::randomize with clause + if (stdrand) { + randomizeFuncp->addStmtsp( + implementConstraintsClearAll(randomizeFuncp->fileline(), stdrand)); + } + AstNode* const capturedTreep = withp->exprp()->unlinkFrBackWithNext(); + randomizeFuncp->addStmtsp(capturedTreep); + { + ConstraintExprVisitor{m_memberMap, capturedTreep, randomizeFuncp, + stdrand, nullptr, m_writtenVars}; + } + AstCExpr* const solverCallp = new AstCExpr{fl}; + solverCallp->dtypeSetBit(); + solverCallp->add(new AstVarRef{fl, stdrand, VAccess::READWRITE}); + solverCallp->add(".next()"); + AstVar* const fvarp = VN_AS(randomizeFuncp->fvarp(), Var); + AstNodeExpr* const andExprp + = new AstAnd{fl, new AstVarRef{fl, fvarp, VAccess::READ}, solverCallp}; + randomizeFuncp->addStmtsp( + new AstAssign{fl, new AstVarRef{fl, fvarp, VAccess::WRITE}, andExprp}); + } // Remove With nodes from pins as they have been processed for (AstNode* pinp = nodep->pinsp(); pinp;) { AstNode* const nextp = pinp->nextp(); diff --git a/test_regress/t/t_constraint_json_only.out b/test_regress/t/t_constraint_json_only.out index 9042cc24a..f41cdf173 100644 --- a/test_regress/t/t_constraint_json_only.out +++ b/test_regress/t/t_constraint_json_only.out @@ -2,7 +2,7 @@ "modulesp": [ {"type":"MODULE","name":"t","addr":"(F)","loc":"d,67:8,67:9","isChecker":false,"isProgram":false,"hasGenericIface":false,"origName":"t","level":1,"modPublic":false,"inLibrary":false,"dead":false,"recursiveClone":false,"recursive":false,"timeunit":"1ps","inlinesp": [], "stmtsp": [ - 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