在SpinalHDL中如何優(yōu)雅地例化端口？

在編寫(xiě)Verilog代碼時(shí)最痛苦的事情便是例化模塊時(shí)端口的連接，這時(shí)候的你我便成了連線(xiàn)工程師，本節(jié)就在SpinalHDL中如何像軟件調(diào)用方法那樣優(yōu)雅地例化端口進(jìn)行探討。

習(xí)慣了寫(xiě)Verilog的小伙伴們?cè)谧龃笮凸こ虝r(shí)是否有遇到過(guò)連續(xù)數(shù)天時(shí)間化身“連線(xiàn)工程師”去例化模塊、為端口賦值連接的場(chǎng)景（關(guān)鍵是這些工作量老板他也不認(rèn)）。盡管在SystemVerilog中提供了Interface接口的概念，但是從事FPGA的小伙伴都清楚無(wú)論是Xilinx的Vivado還是Intel Quartus雖然支持SystemVerilog但遠(yuǎn)沒(méi)有做到像軟件代碼編輯器那般做到自動(dòng)聯(lián)想與提示。最近分析一個(gè)Intel的大型源碼工程其中用到了大量的SystemVerilog中的interface及struct，但自動(dòng)關(guān)聯(lián)提示做的真是一團(tuán)糟，導(dǎo)致閱讀體驗(yàn)真是差的一匹…… 本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的加法器的例子來(lái)看如何在SpinalHDL中如何避免成為連線(xiàn)工程師。 加法器端口列表如下所示：端口名方向位寬說(shuō)明

valid_ininput1輸入有效標(biāo)志

data1input8輸入數(shù)據(jù)

data2input8輸入數(shù)據(jù)

sumoutput8和

sum_validoutput1和有效標(biāo)志

初階

剛開(kāi)始接觸SpinalHDL時(shí)這個(gè)加法器我們可能會(huì)這么來(lái)寫(xiě)：

class add（dataWidth:Int） extends Component{ val validIn=in Bool（） val data1=in UInt（dataWidth bits） val data2=in UInt（dataWidth bits） val sum=out UInt（dataWidth bits） val sumValid=out Bool（） sum：=RegNextWhen（data1+data2，validIn） sumValid：=RegNext（validIn，F(xiàn)alse）}

這里針對(duì)端口的實(shí)現(xiàn)形式和我們?cè)赩erilog中的方式基本相同。那么當(dāng)我們?cè)诶@個(gè)模塊時(shí)，我們可能會(huì)這么來(lái)寫(xiě)：

class addInst（dataWidth:Int） extends Component { val io=new Bundle{ val validIn_0=in Bool（） val data1_0=in UInt（dataWidth bits） val data2_0=in UInt（dataWidth bits） val sum_0=out UInt（dataWidth bits） val sumValid_0=out Bool（）

val validIn_1=in Bool（） val data1_1=in UInt（dataWidth bits） val data2_1=in UInt（dataWidth bits） val sum_1=out UInt（dataWidth bits） val sumValid_1=out Bool（） } val add0=new add（dataWidth） val add1=new add（dataWidth） add0.validIn《》io.validIn_0 add0.data1《》io.data1_0 add0.data2《》io.data2_0 add0.sum《》io.sum_0 add0.sumValid《》io.sumValid_0 add1.validIn《》io.validIn_1 add1.data1《》io.data1_1 add1.data2《》io.data2_1 add1.sum《》io.sum_1 add1.sumValid《》io.sumValid_1}

這里例化了兩個(gè)加法器，可以看到，這里如同我們寫(xiě)Verilog代碼般一根根連線(xiàn)，當(dāng)有眾多模塊需要去例化時(shí)還是蠻痛苦的。

中階

在SystemVerilog中提供了Interface的概念用于封裝接口，在SpinalHDL中，我們可以借助軟件面向?qū)ο蟮乃枷氚呀涌诮o抽象出來(lái)：

case class sumPort（dataWidth:Int=8） extends Bundle with IMasterSlave{ case class dataPort（dataWidth:Int=8） extends Bundle{ val data1=UInt（dataWidth bits） val data2=UInt（dataWidth bits） } val dataIn=Flow（dataPort（dataWidth）） val sum=Flow（UInt（dataWidth bits））

override def asMaster（）： Unit = { master（dataIn） slave（sum） }}

這里我們將加法器的端口抽象成sumPort端口。其中包含兩個(gè)Flow類(lèi)型：dataIn、sum。并聲明當(dāng)作為master端口時(shí)dataIn為master、sum為slave。這樣，我們的加法器便可以這么來(lái)寫(xiě)：

case class add2（dataWidth:Int=8）extends Component{ val io=new Bundle{ val sumport=slave（sumPort（dataWidth）） } io.sumport.sum.payload：=RegNextWhen（io.sumport.dataIn.data1+io.sumport.dataIn.data2，io.sumport.dataIn.valid） io.sumport.sum.valid：=RegNext（io.sumport.dataIn.valid，F(xiàn)alse）}

而我們?cè)诶瘯r(shí)，便可以簡(jiǎn)潔地例化：

class addInst1（dataWidth:Int） extends Component{ val io=new Bundle{ val sumport0=slave（sumPort（dataWidth）） val sumport1=slave（sumPort（dataWidth）） } val addInst_0=add2（dataWidth） val addInst_1=add2（dataWidth） io.sumport0《》addInst_0.io.sumport io.sumport1《》addInst_1.io.sumport}

如此我們便能簡(jiǎn)潔地例化加法器。雖然這里地做法思想和SystemVerilog中地思想基本一致，但好處是我們能夠在IDEA中像閱讀軟件代碼那般快速地跳轉(zhuǎn)和定位，相較于廠商工具中那樣分析工程地痛苦實(shí)在是好太多。

高階

在中階例，我們采用了類(lèi)似SystemVerilog中Interface及struct概念，但可以發(fā)現(xiàn)，我們這里依舊存在連線(xiàn)行為。一個(gè)模塊例化一次要連線(xiàn)一次，要例化N次還是要……

在軟件代碼中，調(diào)用一個(gè)方法或者模塊往往一行代碼了事：聲明調(diào)用函數(shù)并將參數(shù)放在括號(hào)列表里。那么在這里，我們能否像軟件調(diào)用那樣一行代碼搞定呢？

可以的！由于SpinalHDL是基于Scala的，因此我們可以將端口列表當(dāng)成參數(shù)列表來(lái)傳遞。這里我們先為我們的加法器定義一個(gè)伴生對(duì)象：

object add2{ def apply（dataWidth： Int，port Unit = { val addInst=new add2（dataWidth） addInst.io.sumport《》port }}

這里我們?yōu)榧臃ㄆ鱝dd2定義了一個(gè)伴生對(duì)象（伴生對(duì)象聲明為object，名字與類(lèi)名相同）。并在其中定義了一個(gè)apply方法，傳入兩個(gè)參數(shù)：位寬dataWidth及端口port，并在apply實(shí)現(xiàn)中完成模塊例化及端口連接（一次連線(xiàn)，終身使用）。隨后我們?cè)诶瘯r(shí)便可以像軟件調(diào)用方法那樣例化模塊了：

class addInst1（dataWidth:Int） extends Component{ val io=new Bundle{ val sumport0=slave（sumPort（dataWidth）） val sumport1=slave（sumPort（dataWidth）） } add2（dataWidth，io.sumport0） add2（dataWidth，io.sumport0）}

一行代碼搞定一個(gè)模塊的一次例化和端口連接！

原文標(biāo)題：SpinalHDL—像軟件調(diào)用方法般例化模塊

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