08 Tasks and Functions

Tasks와 Functions의 차이점

• Verilog에서 Tasks와 Functions는 서로 다른 목적을 가짐:
• Tasks와 Functions는 모두 모듈 내에 정의되어야 하며, 해당 모듈에 국한되어 사용됨.

함수 대 태스크

태스크 예시 (1)

입력 및 출력 인자의 사용

module operation;
...
parameter delay = 10;
reg [15:0] A, B;
reg [15:0] AB_AND, AB_OR, AB_XOR;
always @(A or B) // A 또는 B가 값이 변할 때마다
begin
    // 태스크 bitwise_oper 호출, 2개의 입력 인자 A, B 제공
    // 3개의 출력 인자 AB_AND, AB_OR, AB_XOR 기대
    // 인자는 태스크 선언에서와 같은 순서로 지정되어야 함.
    bitwise_oper(AB_AND, AB_OR, AB_XOR, A, B);
end
...
endmodule

// 태스크 bitwise_oper 정의
task bitwise_oper;
    output [15:0] ab_and, ab_or, ab_xor; // 태스크의 출력
    input [15:0] a, b; // 태스크의 입력
    begin
        #delay ab_and = a & b;
        ab_or = a | b;
        ab_xor = a ^ b;
    end
endtask

비대칭 시퀀스 생성기

• 태스크는 모듈에 정의된 reg 변수들에 직접 작동할 수 있음.

module sequence;
...
reg clock;
...
initial
    init_sequence; // 태스크 init_sequence 호출
always begin
    asymmetric_sequence; // 태스크 asymmetric_sequence 호출
end
...
endmodule

// 초기화 시퀀스
task init_sequence;
begin
    clock = 1'b0;
end
endtask

// 비대칭 시퀀스 생성 태스크 정의
// 모듈 내에 정의된 clock에 직접 작동
task asymmetric_sequence;
begin
    #12 clock = 1'b0;
    #5 clock = 1'b1;
    #3 clock = 1'b0;
    #10 clock = 1'b1;
end
endtask

자동 (재진입 가능) 태스크

• 태스크는 일반적으로 정적인 성격을 가짐
• 선언된 모든 항목은 정적으로 할당되며, 동시에 실행되는 태스크에서 공유됨 → 이러한 작업의 결과가 잘못될 수 있음.
• 자동 태스크는 태스크를 재진입 가능하게 만들어 이 문제를 해결함.
• 각 자동 태스크 호출은 독립적인 공간에서 작동함.

module top;
reg [15:0] cd_xor, ef_xor; // top 모듈 내 변수
reg [15:0] c, d, e, f; // top 모듈 내 변수
task automatic bitwise_xor;
    output [15:0] ab_xor; // 태스크의 출력
    input [15:0] a, b; // 태스크의 입력
    begin
        #delay ab_xor = a ^ b;
    end
endtask
...
// 이 두 always 블록은 clk의 각 양의 에지에서
// bitwise_xor 태스크를 동시에 호출함.
// 그러나 태스크가 재진입 가능하기 때문에,
// 이 동시 호출은 올바르게 작동할 것임.
always @(posedge clk)
    bitwise_xor(ef_xor, e, f);
...
always @(posedge clk2) // 이전 블록보다 두 배 빈도
    bitwise_xor(cd_xor, c, d);
endmodule

함수 선언 및 호출

• 함수는 다음 모든 조건이 참일 때 사용됩니다.
• 절차에 지연, 타이밍, 이벤트 제어 구조가 없음
• 절차가 단일 값을 반환함
• 최소한 하나의 입력 인자가 있으며, 출력 또는 inout 인자가 없고, nonblocking 할당이 없음

함수 예시 (1)

• 패리티 계산

module parity;
...
reg [31:0] addr;
reg parity;
// 주소 값이 변경될 때마다 새로운 패리티 계산
always @(addr)
begin
    parity = calc_parity(addr); // calc_parity의 첫 호출
    $display("Parity calculated = %b", calc_parity(addr));
    // calc_parity의 두 번째 호출
end
...
// 패리티 계산 함수 정의
function calc_parity;
    input [31:0] address;
    begin
        // 내부적으로 암시적으로 사용되는 레지스터 calc_parity 설정
        calc_parity = ^address; // 모든 주소 비트의 xor 반환
    end
endfunction
...
endmodule

함수 예시 (2)

• 좌/우 이동기

// 이동기 함수를 포함하는 모듈 정의
module shifter;
...
`define LEFT_SHIFT 1'b0
`define RIGHT_SHIFT 1'b1
reg [31:0] addr, left_addr, right_addr;
reg control;
// 새로운 주소 값이 나타날 때마다 오른쪽 및 왼쪽 이동된 값을 계산
always @(addr)
begin
    // 아래 정의된 함수를 호출하여 좌우 이동 수행
    left_addr = shift(addr, LEFT_SHIFT);
    right_addr = shift(addr, RIGHT_SHIFT);
end
...
// 이동 함수 정의. 출력은 32비트 값입니다.
function [31:0] shift;
    input [31:0] address;
    input control;
    begin
        // 제어 신호를 기반으로 적절한 출력 값 설정
        shift = (control == LEFT_SHIFT) ? (address << 1) : (address >> 1);
    end
endfunction
...
endmodule

자동 (재귀적) 함수

• 함수는 일반적으로 비재귀적으로 사용됨
• 함수가 두 위치에서 동시에 호출되면 결과는 비결정적이며, 두 호출 모두 동일한 변수 공간에서 작동함
• 재귀적(자동) 함수는 독립적인 변수 공간을 예약하여 이 문제를 해결함

module top;
...
// 함수 정의
function automatic integer factorial;
    input [31:0] operand;
    integer i;
    begin
        if (operand >= 2)
            factorial = factorial(operand - 1) * operand; // 재귀 호출
        else
            factorial = 1;
    end
endfunction
// 함수 호출
integer result;
initial begin
    result = factorial(4); // 4의 팩토리얼 호출
    $display("Factorial of 4 is %d", result); // 24 출력
end
...
endmodule

상수 함수

• 상수 함수는 특정 제한이 있는 일반 함수
• 이러한 함수는 상수 대신 복잡한 값을 참조하는 데 사용될 수 있음

module ram(...);
    parameter RAM_DEPTH = 256;
    reg [clogb2(RAM_DEPTH) - 1:0] addr_bus; // clogb2 함수 호출로 계산된 버스 너비
    ...
    // 상수 함수 정의
    function integer clogb2(input integer depth);
    begin
        for (clogb2 = 0; depth > 0; clogb2 = clogb2 + 1)
            depth = depth >> 1;
    end
    endfunction
endmodule

부호 있는 함수

• 부호 있는 함수는 함수 반환 값에 대해 부호 있는 연산을 수행할 수 있음

module top;
...
// 부호 있는 함수 선언
// 64비트 부호 있는 값을 반환
function signed [63:0] compute_signed(input [63:0] vector);
endfunction
// 상위 모듈에서 부호 있는 함수 호출
if (compute_signed(vector) < -3)
begin
end
endmodule