Verilog (HDL) 代码生成

除了 C-代码生成，Verilog 代码也可以从 Engee 中有限的程序块中生成。 Verilog 是一种流行的硬件描述语言（HDL），用于ASIC和FPGA的设计和测试。生成的代码可合成为网表，用于 ASIC 光刻或 FPGA 固件创建。

生成 Verilog 代码的过程与生成 C 代码类似。

在设置窗口中，单击 代码生成 选项卡，在 目标平台 选项中选择 Verilog；
单击工作区左上角的 生成代码 ；
在文件浏览器的 {model_name}_code 文件夹中，会出现一个扩展名为 .v 的文件—生成的 Verilog 代码。

您也可以使用generate_code 函数，指定 Verilog 为目标语言。

Verilog 代码生成器的功能

支持的数据类型：

宽度不超过 128 位的整数类型，包括非标准大小（不仅是二度）；
具有定点和正分数长度的符号类型。

还可提供

从虚拟子系统生成代码；
自定义模板（参见根据自定义模板生成代码）；
生成的代码验证（参见验证）。

示例

请看示例中的模型，这是一个 PID 控制器。使用的数据类型是定点数：

verilog model example

基本算法在子系统（块子系统）中实现：

verilog model example subsystem

由于算法是在子系统中实现的，因此将从中生成 Verilog 代码。为此，请在设置窗口中将 Verilog 设置为目标平台，然后在终端执行命令：

engee.generate_code("pid_fixed.engee", "pid_fixed_code", subsystem_name="SubSystem", target="verilog")

此处：

pid_fixed.engee - 模型名称；
pid_fixed_code - 生成 Verilog 代码的文件夹；
subsystem_name="子系统"--表示生成代码的子系统；
target="verilog"-指定代码生成器的语言。

您也可以使用 engee.gcm() 传递当前打开的模型，而不是明确指定文件名：

engee.generate_code(engee.gcm(), "pid_fixed_code", subsystem_name="SubSystem", target="verilog")

执行命令后，文件 pid_fixed.v 将出现在文件浏览器 file browser 7 中，其中包含以下 Verilog 代码：

module pid_fixed_SubSystem(
  input         clock,
                reset,
  input  [15:0] io_setpoint,
                io_feedback,
  output [15:0] io_command
);

  reg  [15:0] UnitDelay_state;
  wire [15:0] _AddAccum_T = io_setpoint - io_feedback;
  wire [41:0] _Gain_2_new_T_3 = {{26{_AddAccum_T[15]}}, _AddAccum_T} * 42'h148000;
  wire [29:0] _Gain_new_T_1 = {{14{_AddAccum_T[15]}}, _AddAccum_T} * 30'h6000;
  wire [15:0] _Add_1Accum_T = {_Gain_2_new_T_3[41:27], 1'h0} + UnitDelay_state;
  always @(posedge clock) begin
    if (reset)
      UnitDelay_state <= 16'h0;
    else
      UnitDelay_state <= _Add_1Accum_T;
  end // always @(posedge)
  assign io_command = _Gain_new_T_1[29:14] + {_Add_1Accum_T[15], _Add_1Accum_T[15:1]};
endmodule

生成的代码具有以下特点：

总是生成 "时钟 "和 "复位 "信号；
同时使用顺序逻辑和组合逻辑，但不支持组合循环；
"复位 "总是同步和高电平有效。

验证

验证涉及使用 C 功能块创建一个验证模型，其仿真结果应与具有相同输入数据的原始模型的结果相匹配。

与 C 代码生成一样，您可以在 "代码生成 "选项卡的设置窗口中启用 "生成 C 功能块 "选项。在这种情况下，除了 Verilog 文件（.v）外，包含生成的 Verilog 代码的文件夹还将包含以下内容：

.jl 脚本；
包含以下辅助文件的 obj_dir 文件夹：

文件 pid_fixed_Subsystem_verification.jl 包含一个命令控制语言脚本。要获取验证模型，需要执行该文件。执行方法有两种：

在命令行中输入`include("/path/to/file")`命令：
单击脚本编辑器右上角的 "运行脚本 "按钮：

运行脚本后，将生成一个模型 {model_name}_verification.engee。它包括

原始模型（或子系统）的输入和输出块；
*C 功能*块
信号类型转换辅助块（如果模型使用定点类型）。

verilog command line example 1

简化后，C Function 块包含从源模型生成的 Verilog 代码。因此可以

启用输出记录或在工作区中保存仿真结果。然后比较源模型和验证模型在相同输入数据上的仿真结果（必须匹配）；

验证指的是用 C 功能块生成验证模型，其仿真结果必须与源模型在相同输入数据上的仿真结果相匹配。
将验证模型作为源模型的子系统构建，并比较结果。

传统的通用处理器无法直接执行用于综合的 Verilog RTL 代码。不过，使用 Verilator等仿真器可以做到这一点。该工具可将 Verilog 代码转换为等效的行为 C++ 代码，运行后可对结果进行比较。

生成的 C++ 代码被打包在一个包含控制仿真界面的库中，而辅助文件则放在 obj_dir 文件夹中（如前所述）。然后，验证模型中的 C Function 块将使用该库进行操作。

Verilog 内部工作原理

advanced users cn

对于高级用户，如 HDL 代码生成的模板开发人员，了解 Verilog 生成的步骤非常重要。简化后，流程如下：

翻译为 Chisel - 代码生成器将输入模型翻译为 Chisel 语言的代码。Chisel 是一种内置于 Scala 的高级硬件描述语言。它提供了简化硬件设计的抽象，使您能够充分利用 Scala 的设计能力；
转换为 FIRRTL - Chisel 公开高级设计并转换为 FIRRTL（Flexible Intermediate Representation for RTL）。在此步骤中
转换为 Verilog - 使用 CIRCT（firtool 工具）将 FIRRTL 转换为最终的 Verilog 代码。

如何获取 Chisel 代码？

默认情况下，第一步生成的 Chisel 代码不会保存在代码文件夹中。不过，它对调试或开发很有用。要获取该文件，请使用 programmatic-management，向 generate_code 命令传递 target="chisel" 参数。例如

engee.generate_code(engee.gcm(), "pid_fixed_code", target="chisel", subsystem_name="SubSystem")

执行 Chisel 命令后，代码将保存在指定文件夹中，可用于后续工作：

verilog command line example 2

扩展名为 .scala 的文件包含 Chisel 代码：

Chisel 代码示例

//> using scala "2.13.14"
//> using dep "org.chipsalliance::chisel:6.5.0"
//> using plugin "org.chipsalliance:::chisel-plugin:6.5.0"
//> using options "-unchecked", "-deprecation", "-feature", "-language:reflectiveCalls", "-Xcheckinit", "-Xfatal-warnings", "-Wdead-code"

import chisel3._
import circt.stage.ChiselStage
import fixedpoint._

class pid_fixed_SubSystem extends Module {
	val io = IO(new Bundle{
		val setpoint = Input(FixedPoint(16.W,14.BP)) /* /setpoint */
		val feedback = Input(FixedPoint(16.W,14.BP)) /* /feedback */
		val command = Output(FixedPoint(16.W,13.BP)) /* /command */
	})
	val Add = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val AddAccum = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val AddCast0iosetpoint = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val AddCast1iofeedback = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val UnitDelay = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val Gain_2 = Wire(FixedPoint(16.W,13.BP))
	val Gain = Wire(FixedPoint(16.W,13.BP))
	val Add_1 = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val Add_1Accum = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val Add_1Cast0Gain_2 = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val Add_1Cast1UnitDelay = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP))
	val Add_2 = Wire(FixedPoint(16.W,13.BP))
	val Add_2Accum = Wire(FixedPoint(16.W,13.BP))
	val Add_2Cast0Gain = Wire(FixedPoint(16.W,13.BP))
	val Add_2Cast1Add_1 = Wire(FixedPoint(16.W,13.BP))
	val UnitDelay_state = RegInit({ val _init = Wire(FixedPoint(16.W,14.BP)); _init := 0.0.F(16.W,14.BP); _init })

	/* Output for UnitDelay: /Unit Delay */
	UnitDelay := UnitDelay_state
	/* Sum: /Add incorporates:
	 *  Inport: /setpoint
	 *  Inport: /feedback
	 */
	AddCast0iosetpoint := io.setpoint
	AddCast1iofeedback := io.feedback
	AddAccum := AddCast0iosetpoint - AddCast1iofeedback
	Add := AddAccum
	/* Gain: /Gain-2 incorporates:
	 *  Sum: /Add
	 */
	Gain_2 := 0.02.F(16.W,13.BP) * Add
	/* Gain: /Gain incorporates:
	 *  Sum: /Add
	 */
	Gain := 3.0.F(16.W,13.BP) * Add
	/* Sum: /Add-1 incorporates:
	 *  Gain: /Gain-2
	 *  UnitDelay: /Unit Delay
	 */
	Add_1Cast0Gain_2 := Gain_2
	Add_1Cast1UnitDelay := UnitDelay
	Add_1Accum := Add_1Cast0Gain_2 + Add_1Cast1UnitDelay
	Add_1 := Add_1Accum
	/* Sum: /Add-2 incorporates:
	 *  Gain: /Gain
	 *  Sum: /Add-1
	 */
	Add_2Cast0Gain := Gain
	Add_2Cast1Add_1 := Add_1
	Add_2Accum := Add_2Cast0Gain + Add_2Cast1Add_1
	Add_2 := Add_2Accum
	/* Outport: /command incorporates:
	 *  Sum: /Add-2
	 */
	io.command := Add_2
	/* Update for UnitDelay: /Unit Delay */
	UnitDelay_state := Add_1

}


object pid_fixed_SubSystemDriver extends App {
	ChiselStage.emitSystemVerilogFile(
		new pid_fixed_SubSystem,
		firtoolOpts = Array("--disable-all-randomization", "--strip-debug-info",
		                    "--lowering-options=disallowLocalVariables"))
}

只有选择 Verilog 作为目标平台，才能运行 .jl 脚本生成的验证模型。如果未生成 obj_dir 文件夹，验证模型将无法运行。

代码模板在第一步生成时就已暴露，因此 HDL 模板的创建应主要在 Chisel 中完成，必要时使用 Julia 的内置控制结构。

支持的块

Engee* 代码生成器支持以下库块的 HDL 生成：