SystemVerilog fork...join Yapısı – Paralel İşlem Mantığı

SystemVerilog’da fork...join yapısı, birden fazla işlemi aynı anda (paralel) çalıştırmanıza olanak tanır. Bu yapı özellikle testbench, uyarı üretimi (stimulus) ve eşzamanlı kontroller için oldukça kullanışlıdır.

🔧 Temel Sözdizimi
#

fork
  statement_1;
  statement_2;
  statement_3;
join

fork...join bloğundaki tüm ifadeler aynı anda başlar
Simülasyon, join‘den sonraki satıra geçmeden önce tüm işlemlerin tamamlanmasını bekler

📌 `join` Varyantları
#

Anahtar Sözcük	Davranış
`join`	Tüm işlemler bitene kadar bekler (bloklayıcı)
`join_any`	Herhangi bir işlem bittiğinde devam eder
`join_none`	Hiçbirini beklemez, işlemler arka planda devam eder

`join` ile Örnek:
#

fork
  #10 $display("A");
  #5  $display("B");
join
$display("Hepsi tamamlandı");  // A ve B tamamlandıktan sonra çalışır

`join_any` ile Örnek:
#

fork
  #20 $display("Yavaş işlem");
  #5  $display("Hızlı işlem");
join_any
$display("İlk tamamlanan işlem sonrası");  // İlk biten işlemden sonra çalışır

`join_none` ile Örnek:
#

fork
  #10 $display("Çalışıyor...");
  #20 $display("Hâlâ çalışıyor...");
join_none
$display("Beklemeden devam et");

🔁 `disable fork` Kullanımı
#

SystemVerilog, bir fork...join bloğu içindeki tüm alt işlemleri sonlandırmak için disable fork; komutunu sunar.

initial begin
  fork
    forever begin
      #1 $display("Sonsuz döngü...");
    end
    #10 disable fork;  // 10 zaman birimi sonra sonsuz döngüyü durdur
  join
end

🚨 Sentez Uyarısı
#

fork...join sentezlenemez
Sadece testbench ve davranışsal modelleme için kullanılır
RTL kodlarında kullanılmamalıdır

🧪 Yaygın Kullanım Senaryoları
#

Paralel stimulus başlatmak
Eşzamanlı kontroller veya monitorleri çalıştırmak
Aynı anda farklı görevler:
- Paket gönderme + scoreboard kontrolü
- Stimulus + timeout gözlemi
join_any ile timeout veya yarışma (race) mantığı kurmak

✅ En İyi Kullanım Önerileri
#

Tüm işlemlerin bitmesi gerekiyorsa join kullan
İlk biteni yakalamak istiyorsan join_any kullan
Arka planda işlemler çalışsın ama bekleme istiyorsan join_none kullan
Tüm işlemleri kontrollü şekilde durdurmak için disable fork kullan

🧠 Özet Tablosu
#

Varyant	Ne Zaman Bekler?	Kullanım Senaryosu
`join`	Tüm işlemler bittiğinde	Senkron tamamlama gerektiren durumlar
`join_any`	İlk biten işlemde	Timeout, yarışma bazlı durumlar
`join_none`	Hiçbirini beklemeden	Arka plan izleme, gecikmeli kontrol
`disable fork`	Tüm işlemleri sonlandırır	Döngüleri, işlemleri erken durdurma

SystemVerilog’taki fork...join ailesi, özellikle UVM ve testbench ortamlarında güçlü eşzamanlı davranışlar oluşturmanı sağlar. Bu yapıları doğru kullanmak, simülasyonlarını daha gerçekçi, modüler ve kontrollü hale getirir.

module tb_fork_join_demo;

  initial begin
    $display("== fork...join Demo ==");

    // Basic fork...join: Waits for all to complete
    $display("\n[1] fork...join");
    fork
      #10 $display("  Task A done at %0t", $time);
      #5  $display("  Task B done at %0t", $time);
    join
    $display("  -> All tasks finished at %0t", $time);

    // fork...join_any: Continues after first finishes
    $display("\n[2] fork...join_any");
    fork
      #20 $display("  Slow task done at %0t", $time);
      #5  $display("  Fast task done at %0t", $time);
    join_any
    $display("  -> One task finished at %0t", $time);

    // fork...join_none: Moves on immediately
    $display("\n[3] fork...join_none");
    fork
      #10 $display("  Background A at %0t", $time);
      #20 $display("  Background B at %0t", $time);
    join_none
    $display("  -> Proceeding immediately at %0t", $time);

    // fork with disable fork
    $display("\n[4] fork with disable fork");
    fork
      forever begin
        #1 $display("  Looping... %0t", $time);
        if($time == 100) break;
      end
    join

    $display("== Simulation done at %0t ==", $time);
    #10 $finish;
  end

endmodule