Мастерство функций в Verilog для эффективного RTL дизайна

Часто в RTL встречаются повторяющиеся фрагменты кода, вызываемые многократно. Они обычно не потребляют время симуляции и могут содержать сложные вычисления с разными данными. В таких случаях объявляют function, помещают повторяющийся код внутрь и возвращают результат. Это резко сокращает объем RTL: достаточно вызвать функцию и передать данные. Это очень похоже на функции в C.

Назначение функции — вернуть значение для использования в выражении. Определение начинается с ключевого слова function, за которым следуют тип возврата, имя и список портов в скобках. Verilog понимает, что определение окончено, встретив endfunction. Функция должна иметь минимум один вход, а тип возврата будет void, если функция ничего не возвращает.

Синтаксис

function [automatic] [return_type] name ([port_list]);
  [statements]
endfunction

Ключевое слово automatic делает функцию реентерабельной (reentrant): элементы внутри динамически выделяются для каждого вызова, а не разделяются между вызовами. Полезно для рекурсивных функций и параллельного выполнения при форке.

Объявление функций

Два способа объявить входы:

// Стиль 1
function [7:0] sum;
  input [7:0] a, b;
  begin
    sum = a + b;
  end
endfunction

// Стиль 2 (ANSI)
function [7:0] sum (input [7:0] a, b);
  begin
    sum = a + b;
  end
endfunction

Возврат значения

Определение функции неявно создает внутреннюю переменную с тем же именем, что и функция. Поэтому объявлять другую переменную с тем же именем внутри функции нельзя. Возвращаемое значение устанавливается присваиванием результата этой внутренней переменной.

sum = a + b;

Вызов функции

Function call — это операнд в выражении.

reg [7:0] result;
reg [7:0] a, b;
initial begin
  a = 4;
  b = 5;
  #10 result = sum (a, b);
end

Правила функций

• Не могут содержать операторов управления временем: #, @, wait, posedge, negedge
• Не могут запускать task (потому что это потребляет время), но могут вызывать другие функции
• Должны иметь минимум один вход
• Не могут иметь неблокирующих назначений, force-release или assign-deassign
• Не могут иметь триггеров
• Не могут иметь output или inout портов

Рекурсивные функции

Функции, вызывающие сами себя — рекурсивные. Пример: вычисление факториала.

module tb;
  initial begin
    integer result = factorial(4);
    $display("factorial(4) = %0d", result);
  end

  function automatic integer factorial(integer i);
    integer result = i;
    if (i) begin
      result = i * factorial(i-1);
      $display("i=%0d result=%0d", i, result);
    end else
      result = 1;
    return result;
  endfunction
endmodule

Simulation Log

xcelium> run
i=1 result=1
i=2 result=2
i=3 result=6
i=4 result=24
factorial(4) = 24
xmsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete