cpu设计和实现（iverilog工具）

Posted 2022-12-09 嵌入式-老费

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        编写verilog的工具不少。大家熟知的modelsim、quartus和vivado都可以用来编写的。前者主要是用来仿真，quartus主要用于altera芯片（现在属于intel），vivado则服务于xilinx芯片（现在属于amd）。如果不愿意破解，其实找到一款合适的工具还是蛮难的，而且简单、方便、好上手。好在开源工具有iverilog这样一款工具，windows、linux、mac都可以安装。暂时不想购买开发板的朋友，可以试试，至少入门是不成问题的。

        代码链接地址，https://github.com/feixiaoxing/design_mips_cpu/tree/master/rtl/day01

1、安装地址

http://bleyer.org/icarus/iverilog-v11-20190809-x64_setup.exe

        工具中本身包含了iverilog和gtkwave，前者负责编译，后者负责显示。

2、编译命令

C:\\iverilog\\bin\\iverilog.exe -o tb tb.v cnt.v
C:\\iverilog\\bin\\vvp.exe -n tb -lxt2
C:\\iverilog\\gtkwave\\bin\\gtkwave.exe hello.vcd

        命令主要是分成了三个部分。第一个命令iverilog主要是把所有的verilog文件编译在一起。第二个命令主要是仿真执行。第三个命令主要是把生成的hello.vcd文件显示出来。

3、cnt.v

        这是一个计数的代码，主要是周期性输出一个trigger信号。

module count(rst, clk, out);

// input & output
input rst;
input clk;
output out;

// wire & reg
wire rst;
wire clk;

reg ce;
reg out;

// inner wire & reg
reg[5:0] cnt;

// clause defined

always @(posedge clk or posedge rst)
	if(rst)
		ce <= 1'b0;
	else
		ce <= 1'b1;

always @(posedge clk or posedge rst)
    if (rst) begin
        cnt <= 6'h00;
    end else if (ce == 1'b1)begin 
		if (cnt == 6'd59)
			cnt <= 6'h00;
		else
			cnt <= cnt + 1;
	end

always @(posedge clk or posedge rst)
	if(rst)
		out <= 1'b0;
	else if(out == 1'b1)
		out <= 1'b0;
	else if(cnt == 6'd59)
		out <= 1'b1;

endmodule

           整个代码是关于定时输出trigger信号的代码。首先，有一个ce信号，它在rst后的第一个时钟上升沿才变得有效。接着有了ce信号之后，cnt信号就可以开始自增了。自增的范围是0~59。等到cnt等于59的时候，就恢复为0。out就是触发信号，除了一开始复位为0的时候，其他时刻只有cnt==59的时候才会翻转为1，并且只翻转一次，马上又恢复为0。

4、tb.v测试代码

`timescale 1ns/1ps
module test();

reg rst;
reg clk;
wire data;

count tt(.rst(rst),
    .clk(clk),
    .out(data));

initial
    begin
        rst = 0;
        clk = 0;
        #12 rst = 1;
        #21 rst = 0;
        #1000 $finish;
    end


initial
begin
    while(1)
    clk = #5 !clk;
end

initial
begin
    $dumpfile("hello.vcd");
    $dumpvars(0, test);
end

endmodule

        tb.v其实就相当于单元测试。给被测试函数输入指定的信号，观察信号是否按照我们之前设定的设计运行。如果是，则皆大欢喜。否则，就要回过头来看一下，确认错误发生的位置，并及时修正。注意中间的hello.vcd文件，这就是生成的中间结果，最终的波形都要通过它显示出来。

        另外，注意tb.v里面的信号类型和 cnt.v里面一般是反着来的。

5、波形显示

        hello.vcd文件直接用gtkwave显示就好，中间的波形可以自己选择，

        这个工具虽然粗糙了一些，但是基本的功能都是在的。 左上是模块，左下是模块对应的信号。中间是需要查看的信号。右侧是观察到的数据，大家如果使用过逻辑分析仪，应该观察过对应的场景。信号的放大、缩小、拖拽、信号的显示格式，这些功能都是在的。用它来仿真，其实问题不大。