Posts Issued in April, 2020

BSV(Bluespec SystemVerilog)(4)

posted by sakurai on April 1, 2020 #231

モジュールインタフェースの引出し

Vivadoにより合成をかける場合に、前稿のモジュールmkFibOneのようにインタフェース信号が無いと最適化され、全てのロジックが削除されてしまいます。従って、mkFibOneモジュールにインタフェースを設ける修正を行います。合わせて、テストベンチのような記述がモジュール内に混入されていたものを分離し、テストベンチに移します。

BSVではモジュールとインタフェースは明確に分離されています。修正したファイル(ファイル名FibOne.bsv)を示します。\$displayや\$finishはテストベンチへ移しました。

interface Fib_ifc;
   method int read();
endinterface

(* synthesize, always_ready, always_enabled *)
module mkFibOne(Fib_ifc);
   Reg#(int) this_fib <- mkReg(0);
   Reg#(int) next_fib <- mkReg(1);

   rule fib;
      this_fib <= next_fib;
      next_fib <= this_fib + next_fib;  // note that this uses stale this_fib
   endrule: fib

   method int read();
      return this_fib;
   endmethod

endmodule: mkFibOne

ここで、

   Reg#(int) this_fib <- mkReg(0);

これは前稿で2行になっていたレジスタのインスタンシエーションの省略記法で、

Interface_type identifier <- module_name;

という文法を持ちます。この意味は、「Interface_typeの型を持つインタフェースを提供するモジュールmodule_nameをインスタンス化し、インタフェースのハンドルidentifierを取得する」ということです。

Verilogの生成

BSVプログラムに対して、bscによりverilog生成を実行すれば、合成されたverilog(ファイル名mkFibOne.v)は以下のようになります。

//
// Generated by Bluespec Compiler (build 38534dc)
//
// On Wed Mar 25 09:12:14 JST 2020
//
//
// Ports:
// Name                         I/O  size props
// read                           O    32 reg
// CLK                            I     1 clock
// RST_N                          I     1 reset
//
// No combinational paths from inputs to outputs
//
//

`ifdef BSV_ASSIGNMENT_DELAY
`else
  `define BSV_ASSIGNMENT_DELAY
`endif

`ifdef BSV_POSITIVE_RESET
  `define BSV_RESET_VALUE 1'b1
  `define BSV_RESET_EDGE posedge
`else
  `define BSV_RESET_VALUE 1'b0
  `define BSV_RESET_EDGE negedge
`endif

module mkFibOne(CLK,
        RST_N,

        read);
  input  CLK;
  input  RST_N;

  // value method read
  output [31 : 0] read;

  // signals for module outputs
  wire [31 : 0] read;

  // register next_fib
  reg [31 : 0] next_fib;
  wire [31 : 0] next_fib$D_IN;
  wire next_fib$EN;

  // register this_fib
  reg [31 : 0] this_fib;
  wire [31 : 0] this_fib$D_IN;
  wire this_fib$EN;

  // value method read
  assign read = this_fib ;

  // register next_fib
  assign next_fib$D_IN = this_fib + next_fib ;
  assign next_fib$EN = 1'd1 ;

  // register this_fib
  assign this_fib$D_IN = next_fib ;
  assign this_fib$EN = 1'd1 ;

  // handling of inlined registers

  always@(posedge CLK)
  begin
    if (RST_N == `BSV_RESET_VALUE)
      begin
        next_fib <= `BSV_ASSIGNMENT_DELAY 32'd1;
    this_fib <= `BSV_ASSIGNMENT_DELAY 32'd0;
      end
    else
      begin
        if (next_fib$EN) next_fib <= `BSV_ASSIGNMENT_DELAY next_fib$D_IN;
    if (this_fib$EN) this_fib <= `BSV_ASSIGNMENT_DELAY this_fib$D_IN;
      end
  end

  // synopsys translate_off
  `ifdef BSV_NO_INITIAL_BLOCKS
  `else // not BSV_NO_INITIAL_BLOCKS
  initial
  begin
    next_fib = 32'hAAAAAAAA;
    this_fib = 32'hAAAAAAAA;
  end
  `endif // BSV_NO_INITIAL_BLOCKS
  // synopsys translate_on
endmodule  // mkFibOne

修正したVerilogテストベンチtbmkFibOne.vを以下に示します。前稿ではクロックとリセットを下位モジュールに供給するだけだったのを、データ表示とシミュレーションの停止機能をモジュールから移動しています。

`timescale 1ns/1ps

module tb_mkFibOne;
   /*AUTOREGINPUT*/
   // Beginning of automatic reg inputs (for undeclared instantiated-module inputs)
   reg          CLK;            // To mkFibOne of mkFibOne.v
   reg          RST_N;          // To mkFibOne of mkFibOne.v
   // End of automatics
   /*AUTOWIRE*/
   // Beginning of automatic wires (for undeclared instantiated-module outputs)
   wire [31:0]      read;           // From mkFibOne of mkFibOne.v
   // End of automatics
   mkFibOne mkFibOne (/*AUTOINST*/
              // Outputs
              .read     (read[31:0]),
              // Inputs
              .CLK      (CLK),
              .RST_N        (RST_N));

   initial begin
      RST_N = 1'b0;
      #100;
      RST_N = 1'b1;
      forever begin
       if (CLK) $display("%d", read);
       if (read > 10000) $finish;
       #10;
      end
   end

   initial begin
      CLK = 1'b0;
      forever begin
     #10  CLK = ~CLK;
      end
   end

   initial begin
      $dumpfile("tbmkFibOne.vcd");
      $dumpvars(0,mkFibOne);
   end

endmodule 

Verilogシミュレーション

準備ができたので、iverilogによるverilogシミュレーションを実行します。

\$ iverilog tbmkFibOne.v mkFibOne.v -o mkFibOne
\$ ./mkFibOne
VCD info: dumpfile tbmkFibOne.vcd opened for output.
1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
89
144
233
377
610
987
1597
2584
4181
6765
10946

前稿と同様の結果になりました。

Vivadoによるシミュレーション

VivadoのIPインテグレータにより、生成されたverilogを取り込み、IPインテグレータ上で最上位のテストベンチを作成します。先に作成したテストベンチ(ファイル名tbmkFibOne.v)はシミュレーション用で合成できないため、IPインテグレータで上位を作成します。図の左からZynqのPS部、クロックリセット生成、対象回路となっています。

図%%.1
図231.1 IP Integratorの回路図

vivado上でbehaviorシミュレーションを実施した結果です。iverilogの結果と同一になっています。

図%%.2
図231.2 Vivadoによる波形


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