Verilog $display ו-$monitor: הדפסה מתוך testbench

משפחת printf של Verilog

שלוש משימות מערכת מאפשרות להדפיס ל-stdout של הסימולטור:

• $display: מדפיס פעם אחת ומוסיף ירידת שורה.
• $write: מדפיס פעם אחת, בלי ירידת שורה.
• $monitor: מדפיס אוטומטית בכל פעם שאות במעקב משתנה.

שלושתן מקבלות מחרוזת פורמט ורשימת ארגומנטים, בדיוק כמו printf. מצייני הפורמט דומים, אבל ייחודיים ל-Verilog.

$display: ברירת המחדל

$display הוא סוס העבודה:

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

תראו משהו כזה:

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

הערות:

• %d מרפד לרוחב ברירת מחדל לפי גודל האופרנד. ל-reg של 8 ביטים זה 3 תווים (מקום ל-255). הרווחים המובילים יכולים להיראות מכוערים בפלט טבלאי, אז השתמשו ב-%0d כדי לבטל אותם.
• ל-%h, %b, %o יש ריפוד דומה כברירת מחדל. רוב קוד ה-testbench משתמש בגרסאות %0 כשהיישור לא מועיל.
• ירידת השורה בסוף אוטומטית. אל תשימו \n בסוף מחרוזת פורמט של $display, אחרת תקבלו שורה ריקה.

מצייני פורמט

הסט ש-Verilog תומכת בו:

%b, %d, %h, %o הם הארבעה שתשתמשו בהם ב-95% מהזמן. %t הוא הבא בתור: בכל פעם שרוצים שורת לוג עם חותמת זמן.

$write: בלי ירידת שורה

$write זהה ל-$display, רק שהוא לא מוסיף ירידת שורה:

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

פלט:

abc
done

שימושי לבניית שורה אחת מגוף של לולאה:

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

$monitor: הדפסה אוטומטית בשינוי

$monitor רושם רשימת מעקב. הסימולטור מחשב מחדש ומדפיס בכל פעם ש_אות כלשהו_ שמוזכר במחרוזת הפורמט משתנה:

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

תראו שלוש שורות, אחת לכל שינוי בכניסות. אין צורך לקרוא ידנית ל-$display אחרי כל שינוי בגירוי: $monitor עושה את זה.

שתי מגבלות:

• רק $monitor אחד יכול להיות פעיל. קריאה נוספת לו מחליפה את רשימת המעקב הקודמת. השתמשו ב-$monitoroff וב-$monitoron כדי להשתיק זמנית ולהפעיל מחדש.
• שינויים באותו צעד זמן מתכווצים להדפסה אחת. אם a ו-b משתנים שניהם בזמן 5, ה-monitor מופעל פעם אחת עם שני הערכים החדשים, לא פעמיים.

מתי להשתמש בכל אחד

• $display: רוב הפלט של testbench. קראו לו במפורש אחרי גירוי, אחרי מעברי מצב חשובים, או בתוך בלוק דגימה always @(posedge clk).
• $write: כשרוצים לבנות שורה אחת מלולאה או מכמה חלקים קטנים.
• $monitor: כשרוצים לעקוב ברציפות אחרי קבוצה קטנה של אותות ולראות פלט רק כשהם משתנים. שימושי לדיבוג ראשוני; קשה יותר לשימוש בסקריפטים של רגרסיה, כי הפלט לא דטרמיניסטי מבחינת מספר השורות הכולל.

ברוב תהליכי העבודה $display מכסה הכול. פנו ל-$monitor רק כשפלט רציף שמונע משינויים הוא באמת מה שאתם צריכים.

עבודה עם זמן

$time מחזיר את זמן הסימולציה הנוכחי כמספר שלם של 64 ביטים. שלבו אותו עם %0t:

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

הפלט נראה כמו at 25: signal flipped (היחידה תלויה ב-timescale שלכם).

אם צריך דיוק של פחות מ-tick (נדיר), השתמשו ב-$realtime במקום: הוא מחזיר real.

%t מעצב אוטומטית זמן עם רוחב ברירת מחדל שהסימולטור בוחר. %0t מסיר את הריפוד.

דגימה בקצה השעון

ניב נקי למעקב אחרי תכנונים סדרתיים: בלוק always @(posedge clk) נפרד שמדפיס פעם אחת בכל מחזור:

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

תבנית הדגימה הזו מבטיחה שורת לוג אחת לכל שעון, מושלם לבדיקות רגרסיה שמשוות תבניות בפלט.

כתיבת לוג לקובץ

פותחים קובץ עם $fopen, וכותבים לוג עם $fdisplay (שעובד כמו $display אבל כותב ל-handle של קובץ):

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

$fopen מחזיר handle של 32 ביטים; מעבירים אותו כארגומנט הראשון ל-$fdisplay, $fwrite, $fstrobe וכן הלאה. מעבר לזה, הפונקציות זהות לאחיות שלהן שמדפיסות לקונסולה.

מה הלאה

$display וחבריו נותנים לוגים טקסטואליים. לדיבוג ויזואלי, כלומר צפייה באותות כמתחים לאורך זמן, צריך waveform של VCD. המסמך הבא, Dumpfile ו-VCD, עוסק ב-$dumpfile וב-$dumpvars, שתי הקריאות שהופכות את הסימולציה ל-waveform גרפי שאפשר לגלול בו.