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Verilog TF子程序
功能特性
TF (task/function) 子程序主要用于 Verilog 與用戶 C 程序邊界的兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳輸。
TF 子程序總是以 ?tf_? 為前綴，定義在頭文件 veriuser.h 中。所以用 C 語言寫系統(tǒng)任務(wù)或函數(shù)時(shí)，都需要在 C 文件中添加 ?#include "veriuser.h"? 。
TF 子程序用途可劃分為：
- 獲取系統(tǒng)任務(wù)的信息
- 獲取參數(shù)列表信息
- 獲取參數(shù)值
- 把參數(shù)值回傳給系統(tǒng)任務(wù)
- 監(jiān)視參數(shù)值的改變
- 獲取仿真時(shí)間和調(diào)度事件的信息
- 算數(shù)運(yùn)算
- 顯示信息
- 管理維護(hù)任務(wù)
- 掛起、終止、保存、恢復(fù)等其他任務(wù)
完整的 TF 子程序及其簡單用法說明參考下一節(jié)《Verilog TF 子程序列表》。
TF 子程序舉例
PLI 子程序庫函數(shù)數(shù)量繁多，如果一一舉例說明需要大量的篇幅去總結(jié)。所以建議有需求時(shí)再去仔細(xì)研究個(gè)別子程序。下面只對 TF 中的一些子程序進(jìn)行舉例，主要說明使用 TF 子程序設(shè)計(jì) Verilog 系統(tǒng)任務(wù)的基本流程。
設(shè)計(jì)需求
有時(shí)候?yàn)闇p小 C 語言文件編譯后目的文件的大小，或按一定格式輸出調(diào)試信息，軟件中的打印函數(shù)可能不會使用 C 語言自帶的 printf 函數(shù)，也不使用 TF 子程序里的 io_printf 函數(shù)，而是借助 PLI 接口并使用 Verilog 中的系統(tǒng)顯示函數(shù) (?$display? 或 ?$write?) 完成用戶自定義的軟件打印函數(shù)。
本次設(shè)計(jì)一個(gè)軟件打印函數(shù)，命名為 print_my，輸出格式為"字符串+整形"。
設(shè)計(jì)分析
用戶自定義的軟件打印函數(shù) print_my 只是一個(gè)不好看的皮囊，用來將打印信息傳遞給軟件形參變量。為將打印信息傳遞到 Verilog 中，還需要一個(gè) TF 子程序組建的系統(tǒng)任務(wù)，命名為 ?$send_my()?。
需要說明的是，用 TF 子程序完成的系統(tǒng)任務(wù)一般要在 Verilog 代碼中調(diào)用。軟件直接調(diào)用該"系統(tǒng)任務(wù)"就相當(dāng)于調(diào)用了一個(gè)軟件函數(shù)，和 Verilog 代碼中的相關(guān)變量的描述沒有直接聯(lián)系。所以在軟件函數(shù) print_my 中直接調(diào)用"軟件函數(shù)" send_my 是沒有意義的，就需要在 print_my 中加入一些特定的軟件行為去觸發(fā)系統(tǒng)任務(wù) ?$send_my? 被 Verilog 調(diào)用。
如果數(shù)字系統(tǒng)包含有 CPU，可以使用軟件寫總線或?qū)?nbsp;memory 然后 testbench 中監(jiān)測相關(guān)信號變量的方法。本次設(shè)計(jì)規(guī)模較小，可采用另一種方法，即 Verilog 里一直執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù) ?$send_my?，在軟件函數(shù) print_my 中置全局變量來控制是否進(jìn)行信息傳輸并打印的操作。
軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)代碼如下，細(xì)節(jié)在注釋中說明，保存到文件 print_gyc.c 中。
#include "veriuser.h"
//打印的字符串、整型數(shù)據(jù)、軟件開始打印標(biāo)志
char *str_mes ;
unsigned int int_mes ;
int flags = 0;
//===== define print_my() used in C ======
void print_my(char * str_send, unsigned int int_send){
str_mes = str_send ;
int_mes = int_send ;
flags = 1 ;
}
//打印的字符串對應(yīng)的ASCII碼的字符型數(shù)據(jù)，原始字符型長度限制為100
//例如字符"1"對應(yīng)的ASCII碼0x31的字符型數(shù)據(jù)為0x33、0x31
char str_mes_format[200] ;
//TF 子程序傳遞字符串類型的數(shù)據(jù)時(shí)，只能傳遞相關(guān)進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)
//例如能傳遞"0xc0de1234",卻不能傳遞 "m.hgci.cn"
//所以需要將原始的字符串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的ASCII碼的字符型數(shù)據(jù)
void byte2hexstr(char* str, char* dest, int len)
{
char tmp;
int i ;
char stb[16] = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
for (i = 0; i < len; i++){
tmp = str[i];
dest[i * 2] = stb[tmp >> 4];
dest[i * 2 + 1] = stb[tmp & 15];
}
return;
}
//===== define PLI: send_my() =======
void send_my(){
int i = 0 ;
//檢測到軟件打印開始標(biāo)志flags
//且系統(tǒng)任務(wù) $send_my 被 Verilog 調(diào)用時(shí)傳入了 3 個(gè)參數(shù)
if (flags && tf_nump()==3) {
//將打印的字符串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)為ASCII對應(yīng)的字符串類型
byte2hexstr(str_mes, str_mes_format, 100);
//將16進(jìn)制的字符型數(shù)據(jù)傳遞給系統(tǒng)任務(wù) send_my 中的第2個(gè)參數(shù)
//長度為1600bits，對應(yīng)100個(gè)char、200個(gè)ASCII字符型數(shù)據(jù)
tf_strdelputp(2, 1600, 'H', str_mes_format, 0, 0);
//將整型數(shù)據(jù)傳遞給第3個(gè)參數(shù)
tf_putp(3, int_mes);
//將硬件打印開始標(biāo)志傳遞給第一個(gè)參數(shù)
tf_putp(1, 1) ;
flags = 0 ;
}
}硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)仿真測試可知，軟件傳遞到 Verilog 中的數(shù)據(jù)，在位寬為 1600bit 寄存器中的存儲方式如下圖所示。
當(dāng)寄存器中存有正常數(shù)據(jù)時(shí)，該寄存器從第 799bit（寄存器位寬的一半）開始存儲正常的字符數(shù)據(jù)。低位剩余位寬存儲"NULL"（對應(yīng)數(shù)據(jù) 0）和系統(tǒng)默認(rèn)的數(shù)據(jù)。這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)長度根據(jù)存儲的正常數(shù)據(jù)長度的變化而變化。
當(dāng)寄存器中沒有正常數(shù)據(jù)時(shí)，該寄存器會用超過 800bit 的寄存器長度去存儲"NULL"（對應(yīng)數(shù)據(jù) 0）。剩余位寬存儲系統(tǒng)默認(rèn)的數(shù)據(jù)。
可以根據(jù)以上特性，檢測正常的字符串?dāng)?shù)據(jù)，而不用將寄存器中的數(shù)據(jù)全部打印，以避免打印信息中出現(xiàn)大量的空格信息，影響美觀。
硬件 Verilog 代碼設(shè)計(jì)如下，具體細(xì)節(jié)在注釋中說明，保存到文件 test.v 中。
`timescale 1ns/1ps
module test ;
reg [1599:0] str_my ;
reg [31:0] int_my ;
reg flag_my ;
//時(shí)刻檢測硬件打印標(biāo)志 flagh 確定是否打印
integer i = 1599;
integer j = 1599;
reg [7:0] str_tmp ; //字符串?dāng)?shù)據(jù)存儲寄存器
initial begin
flagh = 0 ;
forever begin
#20 ;
//調(diào)用系統(tǒng)任務(wù)，并將數(shù)據(jù)從軟件傳遞到硬件（Verilog）中
$send_my(flagh, str_my, int_my);
if (flagh) begin //開始打印信息
#1 ;
//寄存器位寬有冗余，全部打印會出現(xiàn)大量空格
//這里對未使用到的寄存器進(jìn)行檢測并屏蔽打印顯示
for(i=1599; i>=0; i= i-8) begin
if (str_my[i -: 8] != 0)
break ;
end
//一般會用寄存器一半位寬對字符串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲
//所以字符串傳輸正確時(shí)，從 str_my[799] 開始有數(shù)據(jù)
$display("--DEBUG--- Valid data number: %d", i);
//如果沒有字符串?dāng)?shù)據(jù)，str_my也不會全為空
//但是str_my[799 -: 8]不會有數(shù)據(jù)
if (i<=791) begin
$display("--ERR--- PLEASE INPUT VALID STRING INFO!!!");
$display("--ERR--- Default data number: %d", i);
$display("--ERR--- String data structure: %h", str_my);
end
else begin
$write("---YYY---");
for(j=i; j>=0; j= j-8) begin
str_tmp = str_my[j -: 8] ;
//再次檢測到空字符時(shí)停止打印顯示
if (str_tmp == "") begin
break ;
end
//逐個(gè)字符打印
else begin
$write("%s", str_tmp);
end
end
//打印整型數(shù)據(jù)
$write("%h \n", int_my);
end
/* $display 不支持寄存器向量域中帶變量訪問
//所以下列描述是不正確的，只能逐次使用 $write 打印
else begin
$display("--YYY--- %s%h", str_my[i : j], int_my);
end
*/
flagh = 0 ;
end
end
end
//停止仿真
initial begin
forever begin
#10000;
if ($time >= 300) $finish ;
end
end
endmodule軟件調(diào)用
由于本次設(shè)計(jì)軟件部分不能主動執(zhí)行，所以再增加一個(gè)用 TF 子程序設(shè)計(jì)的 Verilog 系統(tǒng)任務(wù)。該系統(tǒng)任務(wù)在 testbench 中執(zhí)行時(shí)，可以調(diào)用軟件程序中的函數(shù) print_my。
在文件 print_gyc.c 中增加如下 C 代碼：
void call_c_print(){
if (tf_getp(1) == 1) //如果系統(tǒng)函數(shù)第一個(gè)參數(shù)值為 1
print_my("It's the first successfull print: ", 0x20170714);
else if (tf_getp(1) == 2) //如果系統(tǒng)函數(shù)第二個(gè)參數(shù)值為 2
print_my("2nd: ", 0x09070602);
else
print_my("", 0x1); //不傳輸字符串?dāng)?shù)據(jù)，則報(bào)錯(cuò)
}在文件 test.v 中增加如下 Verilog 代碼：
//c print
initial begin
#100 ;
$call_c_print(1);
#100 ;
$call_c_print(2);
#100 ;
$call_c_print(3);
end編譯仿真
Linux 下用如下命令對 print_gyc.c 進(jìn)行編譯，輸出 print_gyc.o 文件，注意相對路徑。
gcc -I ${VCS_HOME}/include -c ../tb/print_gyc.c
使用 VCS 編譯，需要創(chuàng)建 VCS 可識別的鏈接 table 文件，文件命名為 pli_gyc.tab, 內(nèi)容如下。
?$send_my?, ?$call_c_print? 是 Verilog 調(diào)用的系統(tǒng)任務(wù)名字；
call=my_monitor, call=call_c_print 等表示調(diào)用軟件 C 程序中的函數(shù)；
$send_my call=send_my
$call_c_print call=call_c_printVCS 編譯時(shí)增加如下參數(shù)行。
-P ../tb/pli_gyc.tab仿真結(jié)果如下。
由圖可知，打印輸出正常，沒有多余的空格信息。
當(dāng)打印信息中沒有字符串?dāng)?shù)據(jù)時(shí)，會報(bào) Error，并輸出一些調(diào)試信息。
可以修改 testbench 中的一些參數(shù)，來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲格式上的調(diào)試學(xué)習(xí)。
點(diǎn)擊這里下載源碼
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