$display و$monitor في Verilog: الطباعة من testbench

عائلة C printf في Verilog

ثلاث مهام نظام تتيح لك الطباعة إلى stdout للمحاكي:

• $display - تطبع مرة، تُلحق سطرًا جديدًا.
• $write - تطبع مرة، بلا سطر جديد.
• $monitor - تطبع تلقائيًا في كل مرة تتغير فيها إشارة مُراقبة.

كل الثلاث تأخذ سلسلة تنسيق وقائمة حجج، مثل printf تمامًا. محددات التنسيق مشابهة لكنها خاصة بـ Verilog.

$display: الافتراضي

$display هو حصان العمل:

module display_demo;
    reg [7:0] byte_val = 8'hAB;
    reg [3:0] nibble   = 4'b1010;
    integer   count    = 42;

    initial begin
        $display("Hello, world.");
        $display("byte_val  = %h", byte_val);
        $display("byte_val  = %b", byte_val);
        $display("byte_val  = %d", byte_val);
        $display("byte_val  = %0d (no padding)", byte_val);
        $display("multi: nibble=%b count=%0d", nibble, count);
        $finish;
    end
endmodule

سترى شيئًا مثل:

Hello, world.
byte_val  = ab
byte_val  = 10101011
byte_val  = 171
byte_val  = 171 (no padding)
multi: nibble=1010 count=42

ملاحظات:

• %d يحشو إلى عرض افتراضي مبني على حجم المعامل. لـ reg 8 بت، هذا 3 أحرف (مكان لـ 255). المسافات البادئة قد تبدو قبيحة في الخرج الجدولي - استخدم %0d لقمعها.
• %h و%b و%o لها حشو مشابه افتراضيًا. معظم شيفرة testbench تستخدم متغيرات %0 عندما لا تكون المحاذاة مفيدة.
• السطر الجديد في النهاية تلقائي. لا تضع \n في نهاية سلسلة تنسيق $display - ستحصل على سطر فارغ.

محددات التنسيق

المجموعة التي يدعمها Verilog:

المحدد	المعنى
%b	ثنائي
%d	عشري (signed إن كانت الإشارة signed)
%h أو %x	ست عشري
%o	ثُماني
%c	حرف ASCII واحد (البتات 8 السفلى)
%s	سلسلة
%t	زمن المحاكاة
%m	الاسم الهرمي للنطاق الحالي
%%	% حرفي
%0X	بلا حشو بادئ، لأي من %b، %d، إلخ.

%b و%d و%h و%o هي الأربعة التي ستستخدمها 95% من الوقت. %t هو الأكثر شيوعًا بعد ذلك - أي وقت تريد سطر سجل مختوم بالزمن.

$write: بلا سطر جديد

$write مطابقة لـ $display باستثناء أنها لا تُلحق سطرًا جديدًا:

module write_demo;
    initial begin
        $write("a");
        $write("b");
        $write("c");
        $display("");           // newline now
        $display("done");
        $finish;
    end
endmodule

الخرج:

abc
done

مفيد لبناء سطر واحد من جسم حلقة:

$write("[");
for (integer i = 0; i < 8; i = i + 1) $write("%h ", arr[i]);
$display("]");

$monitor: طباعة تلقائية عند التغيير

$monitor تسجّل قائمة مراقبة. يُعيد المحاكي التقييم ويطبع كلما تغيّرت أي إشارة مذكورة في سلسلة التنسيق:

module monitor_demo;
    reg [3:0] a, b;
    wire [4:0] sum;
    assign sum = a + b;

    initial begin
        $monitor("t=%0t a=%h b=%h sum=%h", $time, a, b, sum);

        a = 4'd1; b = 4'd2;     // first auto-print
        #5;
        a = 4'd5;                // second auto-print (a changed)
        #5;
        b = 4'd9;                // third auto-print (b changed)
        #5;
        $finish;
    end
endmodule

سترى ثلاثة أسطر، واحد لكل تغيير في المدخلات. لا حاجة لاستدعاء $display يدويًا بعد كل تغيير تحفيز - $monitor يفعل ذلك.

قيدان:

• يمكن أن يكون $monitor واحد نشطًا. استدعاؤها مرة أخرى يستبدل قائمة المراقبة السابقة. استخدم $monitoroff و$monitoron لتعطيل وإعادة تفعيل مؤقت.
• التغييرات داخل نفس الخطوة الزمنية تنهار إلى طباعة واحدة. إن تغيّر a وb كلاهما عند الزمن 5، يُطلق المراقب مرة بكلا القيمتين الجديدتين، لا مرتين.

متى تستخدم كل واحدة

• $display: معظم خرج testbench. استدعِها صراحةً بعد التحفيز، بعد انتقالات الحالة المهمة، أو داخل كتلة always @(posedge clk) للأخذ بالعينات.
• $write: عندما تريد بناء سطر واحد من حلقة أو عدة قطع صغيرة.
• $monitor: عندما تريد تتبّع مجموعة صغيرة من الإشارات باستمرار ورؤية الخرج فقط عندما تتغير. مفيد للتنقيح الأولي؛ أصعب للاستخدام في سكربتات regression لأن الخرج غير حتمي بعدد الأسطر الإجمالي.

لمعظم سير العمل، $display تغطي كل شيء. ألجأ إلى $monitor فقط عندما يكون الخرج المستمر مدفوعًا بالتغيير هو ما تريد فعلًا.

العمل مع الزمن

$time تُرجع زمن المحاكاة الحالي كعدد صحيح 64 بت. اقرنها مع %0t:

$display("at %0t: signal flipped", $time);

الخرج يبدو مثل at 25: signal flipped (الوحدة تعتمد على timescale لديك).

إن احتجت دقة sub-tick (نادر)، استخدم $realtime بدلًا من ذلك - يُرجع real.

%t يُنسّق الزمن تلقائيًا بعرض افتراضي يختاره المحاكي. %0t يجرّد الحشو.

أخذ العينات على حافة Clock

اصطلاح نظيف لمراقبة التصاميم التسلسلية: كتلة always @(posedge clk) منفصلة تطبع مرة لكل دورة:

module sampler;
    reg clk = 0;
    reg [3:0] counter = 0;

    always #5 clk = ~clk;

    always @(posedge clk) begin
        counter <= counter + 1;
        $display("t=%0t cycle counter=%0d", $time, counter);
    end

    initial #100 $finish;
endmodule

نمط أخذ العينات هذا يضمن سطر سجل واحد لكل clock - مثالي لاختبارات regression التي تطابق نمطًا على الخرج.

التسجيل إلى ملف

افتح ملفًا بـ $fopen، سجّل بـ $fdisplay (الذي يعمل مثل $display لكنه يكتب إلى file handle):

integer fd;
initial begin
    fd = $fopen("results.txt", "w");
    $fdisplay(fd, "test=%s status=%s", test_name, status);
    $fclose(fd);
end

$fopen يُرجع handle 32 بت؛ مرّره كأول حجة لـ $fdisplay و$fwrite و$fstrobe وهكذا. الدوال متطابقة فيما عدا ذلك مع أشقائها الطابعين للـ console.

ماذا بعد

$display وأخواتها يعطيانك سجلات نصية. للتنقيح البصري - مراقبة الإشارات كجهد عبر الزمن - تريد VCD waveform. المستند التالي، Dumpfile وVCD، يغطي $dumpfile و$dumpvars، الاستدعاءان اللذان يحوّلان محاكاتك إلى waveform رسومي يمكنك التمرير خلاله.