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系統任務和系統函數是Verilog標准的一部分,都以字符"$"為開頭。系統任務可划分為六類,下面分別給出一些常用任務的用法。
1 顯示任務
1.1 display和write任務
向終端或文件寫入值時,系統會自動決定表達式參數值的位置大小。
比如一個16bit大小的數,用十六進制需要4個字符寬度(最大FFFF),用十進制需要5個字符寬度(最大65535)。
如果在%和radix間加一個0,可以取消這種自動決定的機制,看下面的示例:
1 reg [15:0] data = 200; 2 initial $display("data: %d.", data); // data: 200. 數據占5個字符 3 initial $display("data: %0d.", data); // data: 200. 數據占3個字符
1.2 strobe監控
$strobe使用的參數(包括所有轉義字符、格式控制)和$display完全相同。
這組系統任務$strobe、$strobeb、$strobeo、$strobeh可以在選擇的時間點處顯示仿真數據。
當前仿真時刻的其它所有語句、事件執行完后,$strobe系統任務才會執行,以確保顯示的是正確的數據。示例如下:
1 reg [15:0] cnt = 0; 2 always @ (posedge clk) cnt = $random; 3 4 initial begin 5 forever @(posedge clk) 6 $strobe("At time %d, data is %d", $time, cnt); 7 end
終端打印的信息如下:
1 At time 10, data is 13604 2 At time 30, data is 24193 3 At time 50, data is 54793 4 At time 70, data is 22115 5 ......
1.3 連續監控
$monitor使用的參數(包括所有轉義字符、格式控制)和$display完全相同。
當$monitor任務的參數列表中有一個或多個參數的值發生變化時(不包括time、time、time、stime和$realtime),打印信息。這個連續地監控參數值的特性,稱作連續監控。
$monitoron 和 $monitoroff用於啟用或禁用監控過程,相當於打開或關閉監控標志。打開監控標志時,無論參數值是否發生變化,會立即打印一次信息;關閉監控標志后,監控任務處於待機狀態,不會執行。默認情況下, 仿真開始的時候會自動打開監控標志。
2 文件I/O任務和函數
Verilog文件操作涉及到的函數也放在這里。
2.1 打開文件和關閉文件
打開文件任務 $fopen 和關閉文件任務 $fclose 的使用方法如下:
1 mcd = $fopen("file_name"); 2 fd = $fopen("file_name", type); 3 fclose(mcd); 4 fclose(fd);
$fopen的輸入參數都是字符串。如果沒有指定type參數,返回值稱作多通道描述符(MCD);如果設置了type參數,設定打開文件的方式,返回值稱作文件描述符(FD)。
MCD和FD都是32bit的數,二者的區別大致如下:
MCD:32bit,最高位保留不用,剩下的每bit代表一個打開的文件(置1),因此同時最多只能打開31個文件。LSB被“標准輸出”文件占用。
這種方法的優勢是可以將多個MCD用按位或的方式組合在一起,從而同時向多個文件寫入內容。這種打開方式相當於是FD的"w"方式,不支持讀取文件內容。
FD:32bit,最高位保留不用,恆定為1。三個默認打開的文件會占用三個文件描述符:STDIN、STDOUT、STDERR。
這種方法的優勢是可以指定打開文件的方式,不過不支持用按位或的方式組合FD,因此不能同時寫入多個文件。
$fopen支持的文件打開方式如下表所示,支持的方式與在C語言種的含義相同:
type參數 | 功能 |
r / rb | 只讀,文件指針指向文件頭(不刪除文件已有內容);文件不存在則返回0 |
r+ / r+b / rb+ | 可讀可寫,文件指針指向文件頭(刪除文件已有內容);文件不存在則返回0 |
w / wb | 只寫,文件指針指向文件頭(刪除文件已有內容);文件不存在則嘗試創建 |
w+ / w+b / wb+ | 可讀可寫,文件指針指向文件頭(刪除文件已有內容);文件不存在則嘗試創建 |
a / ab | 只寫,文件指針指向文件末尾(不刪除文件已有內容);文件不存在則嘗試創建 |
a+ / a+b/ ab+ | 讀寫方式打開,文件指針指向文件末尾(不刪除文件已有內容);文件不存在則嘗試創建 |
$fclose通過MCD或FD關閉了文件后,則不能再對此文件進行讀、寫操作,對此文件的fmonitor和fmonitor和fmonitor和fstrobe操作同時也會取消。相應的資源也會釋放出來,用於打開其它文件。
2.2 文件輸出
$fdisplay、$fwrite、$fstrobe、$fmonitor
顯示任務的信息輸出對象為“標准輸出”,在Vivado中也就是Tcl控制台;加了"f"后,文件輸出任務的信息輸出對象為“文件”。
唯一區別在於:文件輸出任務的第一個參數是要寫入文件的MCD或FD。
此外也沒有與monitoron和monitoron和monitoron和monitoroff對應的任務。
如果要關閉fmonitor或fmonitor或fmonitor或fstrobe任務的監控,需要用$fclose關閉文件來實現
下面給出一個示例代碼,展示了MCD和FD的區別,以及如果通過按位或操作同時執行多個MCD的文件輸出:
1 reg [31:0] fd1, fd2, fd3; 2 reg [31:0] mcd1, mcd2, mcd3; 3 reg [31:0] file_output; 4 initial begin 5 // MCD FILE OPEN 6 mcd1 = $fopen("test1.txt"); 7 if (mcd1 == 0) begin $display("mcd open1 failed!"); $finish; end 8 mcd2 = $fopen("test2.txt"); 9 if (mcd2 == 0) begin $display("mcd open2 failed!"); $finish; end 10 mcd3 = $fopen("test3.txt"); 11 if (mcd3 == 0) begin $display("mcd open3 failed!"); $finish; end 12 // 同時寫入3個文件 13 file_output = mcd1 | mcd2 | mcd3 | 1; 14 $fdisplay(file_output,"mcd1: %h, mcd2: %h, mcd3: %h", mcd1, mcd2, mcd3); 15 $fclose(mcd1); $fclose(mcd2); $fclose(mcd3); 16 17 // FD FILE OPEN 18 fd1 = $fopen("test4.txt", "r+"); 19 fd2 = $fopen("test5.txt", "r+"); 20 fd3 = $fopen("test6.txt", "r+"); 21 $display("fd1: %b, fd2: %b, fd3: %b", fd1, fd2, fd3); 22 $fclose(fd1); $fclose(fd2); $fclose(fd3); 23 end
使用按位或運算符將多個MCD合並在一起,1(即32bit中的LSB)表示標准輸出,在Vivado中是Tcl控制台。執行$fdisplay會向三個文件和Tcl控制台同時輸出信息。
終端打印信息如下,MCD和FD的值與前面所說的它們的特點相吻合:
1 mcd1: 00000002, mcd2: 00000004, mcd3: 00000008 2 fd1: ffffb1e0, fd2: ffffb1e1, fd3: ffffb1e2
2.3 數據轉換為字符串
swrite 任務(包括swriteb、swriteo、swriteo、swriteo、swriteh)和 $sformat 任務可以將數據以格式化的形式轉換為字符串,存儲到reg型變量中。
它們的使用方法和 $fwrite 完全一樣,只是第一個參數不是要輸出的文件FD或MCD,而是要輸出的reg型變量的名稱。
這兩個任務的功能和C語言stdio.h庫中sprintf函數的功能類似。這兩個的任務的區別在於:
$swrite:和其它任務一樣,格式控制可以放在參數列表的不同參數中;
$sformat:格式控制只能放在第二個參數中,其余參數全部被視作輸出項(和stdio庫的sprintf函數用法完全相同)。
下面給出一個示例代碼,試圖將128和351兩個數字拼接為字符串存放在reg變量中:
1 reg [6*8:1] str_reg1, str_reg2; 2 reg [8:0] str1 = 128, str2 = 351; 3 initial begin 4 // 格式控制放在不同的參數中 5 $swrite(str_reg1,"%0d","%0d",str1,str2);//"%0d",str2); 6 $display("The value of str_reg1 is : %s", str_reg1); 7 8 // 格式控制只能放在第二個參數中 9 $sformat(str_reg2,"%0d","%0d",str1,str2);//"%0d",str2); 10 $display("The value of str_reg2 is : %s", str_reg2); 11 end
終端打印信息如下:
1 The value of str_reg1 is : 128351 2 ERROR: No Format provided for this argument 3 ERROR: No Format provided for this argument 4 The value of str_reg2 is : 437220
兩個任務都采用將格式控制"%d"放在兩個參數內的形式。swrite正確的得到了字符串"128351";sformat得到的結果錯誤,且提示了兩次ERROR信息。這正是因為$format只將第二個參數"%d"視作格式控制,其余三個參數視作輸出項,導致錯誤發生。
2.4 讀取數據到內存中
$readmemb 和 $readmemh 可以批量地把文本文件中的數據讀入到內存中,是一種快速的文件讀取方法,無需打開文件、關閉文件等操作。
讀取的文本文件只能包含以下內容:
空白區:空格、換行、TAB、跳頁;
注釋:支持所有類型的注釋。使用注釋和空白區的目的是為了分割不同的數字;
二進制或十六進制數字:readmemb用於讀取二進制數據,readmemh用於讀取十六進制數據。
兩個任務的使用方法如下:
假設先定義一個有256個地址的字節存儲器 memory_name
reg [7:0] memory_name[1:256];
1 $readmemb/h("file_name.data", memory_name); 2 $readmemb/h("file_name.data", memory_name, start_addr); 3 $readmemb/h("file_name.data", memory_name, start_addr, final_addr);
第一條語句在仿真時刻為0時,將裝載數據到以地址是1的存儲器單元為起始存放單元的存儲器中去;
第二條語句將裝載數據到以單元地址是 start_addr 的存儲器單元為起始存放單元的存儲器中去,一直到地址是256的單元為止;
第三條語句將從地址是 start_addr 的單元開始裝載數據,一直到地址為 final_addr的單元。
內存地址也可以在文本文件中定義,使用" @hhhh ",即@符號+十六進制形式的地址數據。這樣牽涉到的情況比較復雜,下面以示例的形式說明:
1 // test1:正常讀取 2 3 調用任務:$readmemh("../test5.txt"); 4 文本內容:A5A5 1234 8BCD 5869 2386 5 內存內容:a5a5,1234,8bcd,5869,2386, 6 7 // test2:調用任務時指定內存地址 => 按地址遞增順序存放在指定的地址范圍內 8 9 調用任務:$readmemh("../test5.txt", data, 2, 4); 10 文本內容:A5A5 1234 8BCD 5869 2386 11 內存內容:xxxx,xxxx,a5a5,1234,8bcd, 12 13 // test3:調用任務時指定內存地址,起始地址小於結束地址 => 按地址遞減順序存放 14 15 調用任務:$readmemh("../test5.txt", data, 4, 2); 16 文本內容:A5A5 1234 8BCD 5869 2386 17 內存內容:xxxx,xxxx,8bcd,1234,a5a5, 18 19 // test4:文件內指定內存地址+注釋 => 忽略注釋的數據 20 21 調用任務:$readmemh("../test5.txt"); 22 文本內容:@2 A5A5 @3 1234 //8BCD 5869 2386 23 內存內容:xxxx,xxxx,a5a5,1234,xxxx, 24 25 // test5:文件內指定內存地址,地址隨機順序 => 數據分別存放到指定位置 26 27 調用任務:$readmemh("../test5.txt"); 28 文本內容:@2 A5A5 @1 1234 @4 8BCD //5869 2386 29 內存內容:xxxx,1234,a5a5,xxxx,8bcd, 30 31 // test6:調用任務和文件內都指定了地址 => 文件內的地址必須在任務參數地址的范圍內 32 33 調用任務:$readmemh("../test5.txt"); 34 文本內容:@2 A5A5 @1 1234 @4 8BCD //5869 2386 35 內存內容:xxxx,xxxx,a5a5,xxxx,xxxx, 36 報錯:ERROR: Out of bounds address specified in datafile. Read terminated.
2.5 隨機數random
$random函數用於生成隨機數,每次調用時返回一個新的32bit隨機數(帶符號整數)。該函數有一個可選的參數(reg、integer或time類型),表示隨機種子。下面給出兩個例子:
1 // example1: 產生(-b+1)到(b-1)之間的隨機數 2 reg [23:0] rand; 3 rand = $random % b; 4 5 // example2: 產生0到b-1之間的隨機數 6 reg [23:0] rand; 7 rand = {$random} % b;