[Из песочницы] Нововведения языка SystemVerilog
В данной статье показаны некоторые нововведения языка SystemVerilog в области организации данных по сравнению с Verilog-2001 для синтезируемого подмножества языка.
История SystemVerilog довольна длина и туманна. Начавшись после принятия стандарта Verilog-95, она вылелась в Verilog-2001. Однако язык не слишком подходил для верификации, инженеры использовании языки семейства «E» — VERA, Testbuider. В современном виде SystemVerilog появился после 2005 года. Сейчас средства синтеза и моделирование такие как Quartus II, ISE, ModelSim/QuestaSim уверенно поддерживают SystemVerilog. Стандарт называется IEEE 1800–2012.
Прим. Эта статья давно написана, но не опубликована. Надеюсь будет полезна начинающим.
SystemVerilog привнес в мир Verilog много новых интересны конструкций:
- C-lile синтаксис
- ООП
- Структуры, очереди, динамические массивы, перечисления
- Приведения типов
- Контроль поведения программы с помощью foreach, return, break, continue и т.д
- Semaphores, mailboxes.
- Интерфейсы
- Assertions
Универсальный тип logic.
Теперь нет нужны выбирать между reg и wire, всюду используется logic. Синтезатор сам решить что надо сделать (привет signal из VHDL).
Инициализация типов
В SystemVerilog стали доступны улучшенные возможности инициализации типов. Теперь не надо писать
reg [63:0] data = 64'hFFFFFFFFFFFFFFFF;
Можно сделать просто так:
reg [63:0] data = '1;
Запись data = '0 инициализируем вектор нулями, а data = 'bz — третьим состоянием
Перечисляемые типы.
Наконец-то state машину можно описать вот так
enum {WAITE, LOAD, STORE} State, NextState;
always_ff @(posedge clock, negedge resetN)
if (!resetN) State <= WAITE;
else State <= NextState;
always_comb begin
case (State)
WAITE: NextState = LOAD;
LOAD: NextState = STORE;
STORE: NextState = WAITE;
endcase
end
Кроме того, перечисляемому типу можно присваивать значения:
enum {ONE = 1,FIVE = 5,TEN = 10 } state;
По умолчанию перечисляемому типу ставится в соответствие значение int. Однако, можно написать и вот так
// перечисляемы тип с шириной 1 бит.
// может принимать только два состояний
enum bit {TRUE, FALSE} Boolean;
// перечисляемы тип с шириной 2 бита.
// может принимать четыре состояния
enum logic [1:0] {WAITE, LOAD, READY} state;
Для печати значения имени перечисляемого типа используется следующая конструкция:
$display("\nCurrent state is %s (%b)", State.name);
Струкруты
Объявить структуры можно следующим способом:
struct {
int a, b; // 32-bit variables
opcode_t opcode; // user-defined type
logic [23:0] address; // 24-bit variable
bit error; // 1-bit 2-state var.
} Instruction_Word;
Для структур поддерживается объявление typedef
typedef struct { // structure definition
logic [31:0] a, b;
logic [ 7:0] opcode;
logic [23:0] address;
} instruction_word_t;
instruction_word_t IW; // structure allocation
По умолчанию структура представляется как unpacked. Ключевое слово packed позволяет быть структуре запакованной.
struct packed {
logic valid;
logic [ 7:0] tag;
logic [31:0] data;
} data_word;
В данном виде она представляется как вектор. Поэтому возможны такие конструкции
data_word.tag = 8’hf0;
data_word[39:32] = 8’hf0; // делаем тоже самое
Объединения union
Объединения это значение памяти которое может хранить разные типы данных, но одновременно только одно.
Синтаксис полностью C-like.
union {
int i;
int unsigned u;
} data;
...
data.i = -5;
$display("data is %d", data.i);
data.u = -5;
$display("now data is %d", data.u);
Наибольший практический интерес представляют packed unions. В них для представления разных типов используемся фиксированное число бит.
Информация, записанная через один тип, может быть считана в другом виде (другом типе). Например:
typedef struct packed {
logic [15:0] source_address;
logic [15:0] destination_address;
logic [23:0] data;
logic [ 7:0] opcode;
} data_packet_t;
union packed {
data_packet_t packet; // packed structure
logic [7:0][7:0] bytes; // packed array
} dreg;
Так как объединение упаковано, то информация выровнена, поэтому данные записанные через logic[7:0] можно считать через data_packet_t
initial begin
logic [15:0] src, dst;
for (i = 0; i <= N; i = i + 1) begin
dreg.bytes[i] <= byte_in; //store as bytes
end
src = dreg.source_address;
dst = dreg.destination_address;
end
Packed Array
SystemVerilog позволяет создавать мультиразмерные упакованные массивы
logic [3:0][7:0] data; // 2-D packed array
logic [1:0][3:0][7:0] data; // 3-D packed array
Стандарт IEEE определяем как эти элемент должны хранится в памяти. Например для описания
logic [3:0][7:0] data; // 2-D packed array
Поскольку массив хранится в памяти как вектор, то допустимо использовать все теже операции что и над векторами
logic [3:0][15:0] a, b, result; // packed arrays
result = (a << 1) + b;
Доступ к вектору может быть как поэлементным, так и включая целую размерность (и). Так называемы срез массива.
logic [1:0][1:0][7:0] a; // 3-D packed array
a[1][1][0] = 1’b0; // присваиваем один бит массиву
a = 32’hF1A3C5E7; // записываем сразу массив целиком
a[1][0][3:0] = 4’hF; // доступ к части массивы
a[0] = 16’hFACE; // доступ к срезу
Для копирования содержимого одного массива в другой можно использовать прямой доступ или по срезам
bit [1:0][15:0] a; //32х битный вектор, элемент bit только 0 или 1
logic [3:0][7:0] b; //32х битный вектор, элемент logic O,1,Z,X
logic [15:0] c; // 16ти битный вектор
logic [39:0] d; // 40 битный вектор
b = a; // присвоение 32х битного массива 32х битному массиву
c = a; // старшие 16 бит будут обрезаны
d = a; // старшие 8 бит будут нулями
Список литературы
1. www.asic-world.com/systemverilog
2. «SystemVerilog For Design Second Edition» by Stuart Sutherland
