09 Useful Modeling Techniques

assign과 deassign

• 절차적 지속 할당을 통해 값이 한정된 시간 동안 연속적으로 레지스터나 네트에 구동될 수 있습니다.
• 이들은 레지스터나 네트에 대한 기존 할당을 덮어씁니다.

• assign과 deassign은 레지스터나 레지스터의 연결에 대한 할당을 덮어쓰는 데 사용됩니다.
• 이들은 일반적인 절차적 할당의 효과를 덮어씁니다.

module edge_dff(q, qbar, d, clk, reset);
    // 입력 및 출력
    output q, qbar;
    input d, clk, reset;
    reg q, qbar; // q와 qbar 선언
    always @(negedge clk) // 클록의 음의 에지에 값을 할당
    begin
        q = d;
        qbar = ~d;
    end
    always @(reset) // q와 qbar에 대한 일반 할당 덮어쓰기
    if (reset) begin
        // 리셋이 높을 때, q에 대한 일반 할당 덮어쓰기
        assign q = 1'b0;
        assign qbar = 1'b1;
    end else begin
        // 리셋이 낮아지면, 레지스터의 덮어쓰기 값을 제거
        deassign q;
        deassign qbar;
    end
endmodule

force와 release

• force와 release는 레지스터와 네트 모두에 대한 덮어쓰기에 사용될 수 있습니다.
• 일반적으로 대화식 디버깅 과정이나 자극에 사용됩니다.
• 디자인 블록 내에서 force와 release 사용을 권장하지 않습니다.

module stimulus;
    // d-flipflop 인스턴스화
    edge_dff dff(q, qbar, D, CLK, RESET);
    ...
    initial begin
        // 이 문장들은 q를 강제로 설정
        #50 force dff.q = 1'b1;
        #50 release dff.q; // 릴리스
    end
    ...
endmodule

• 레지스터와 네트에 대한 force와 release
• 레지스터는 릴리스된 후에도 강제된 값을 계속 저장합니다.
• 네트는 릴리스될 때 즉시 정상 구동 값으로 돌아가지만, 미래의 할당에 의해 변경될 수 있습니다.

module top;
    assign out = a & b & c; // 연결
    ...
    initial
        #50 force out = a | b & c;
        #50 release out;
    end
    ...
endmodule

defparam 문

• 디자인의 어떤 모듈 인스턴스에서도 defparam 키워드를 사용하여 매개변수 값을 변경할 수 있습니다.

module hello_world;
    parameter id_num = 0; // 모듈 식별 번호 = 0으로 정의
    initial // 모듈 식별 번호 표시
        $display("Displaying hello world id number = %d", id_num);
    endmodule

// 상위 레벨 모듈 정의
module top;
    // 인스턴스화된 모듈들의 매개변수 값을 변경
    defparam w1.id_num = 1, w2.id_num = 2;
    // hello_world 모듈 두 개 인스턴스화
    hello_world w1();
    hello_world w2();
endmodule

모듈 인스턴스 매개변수 값

module top;
    // hello_world 모듈 두 개 인스턴스화
    // 매개변수 값 할당
    hello_world #(1) w1; // y 전달
    hello_world #(.id_num(2)) w2;
endmodule

module bus_master;
    parameter delay1 = 2;
    parameter delay2 = 3;
    parameter delay3 = 7;
    ...
    <module internals>
    ...
endmodule

// 상위 모듈; 두 bus_master 모듈 인스턴스화
module top;
    // 새로운 지연 값으로 모듈 인스턴스화
    // 정렬된 목록으로 매개변수 값 할당
    bus_master #(4, 5, 6) b1(); // b1: delay1 = 4, delay2 = 5, delay3 = 6
    bus_master #(9, 4) b2(); // b2: delay1 = 9, delay2 = 4, delay3 = 기본값
    // 이름으로 매개변수 값 할당
    bus_master #(.delay2(4), .delay3(7)) b3(); // b3: delay2 = 4, delay3 = 7, delay1 = 기본값(2)
    // 이름으로 매개변수 값을 할당하는 것이 권장됨
    // 이는 오류 가능성을 최소화하고, 매개변수를 추가하거나 삭제할 때 순서를 고려할 필요가 없다.
endmodule

조건부 컴파일

// 예시 1
`ifdef TEST
    // TEST가 정의되어 있으면 test 모듈 컴파일
    module test;
    endmodule
`else
    // 그렇지 않으면 stimulus 모듈 컴파일
    module stimulus;
    ...
    endmodule
`endif

// 예시 2
module top;
    bus_master b1();
    `ifdef ADD_B2
        bus_master b2();
    `elsif ADD_B3
        bus_master b3();
    `else
        bus_master b4();
    `endif
    `ifndef IGNORE_B5
        bus_master b5();
    `endif
endmodule

조건부 실행

// 조건부 실행 모듈
module test;
...
initial begin
    if ($test$plusargs("DISPLAY_VAR"))
        $display("Display = %b", (a, b, c));
    else
        $display("No Display"); // 그렇지 않으면
end
endmodule
// 시뮬레이션 옵션: DISPLAY_VAR

module test;
    reg [8*128-1:0] test_string;
    integer clk_period;
    ...
    initial begin
        if ($value$plusargs("testname=%s", test_string))
            $readmemh(test_string, vectors); // 테스트 벡터 읽기
        else
            $display("Test name option not specified");
        if ($value$plusargs("clk_t=%d", clk_period))
            forever #(clk_period/2) clk = ~clk; // 클록 설정
        else
            $display("Clock period option not specified");
    end
    // 예시로, 이 옵션들을 활성화하기 위해 시뮬레이터 호출: +testname=test1.vec +clk_t=10
    // 테스트 이름 = "test1.vec" 과 clk_period = 10
endmodule

시간 스케일

module dummy1;
    reg toggle;
    // toggle 초기화
    initial
        toggle = 1'b0;
    // 5 시간 단위마다 toggle 레지스터 반전
    // 이 모듈에서 5 시간 단위 = 500 ns = 0.5 us
    always #5
    begin
        toggle = ~toggle;
        $display("%d, In dummy1 toggle = %b", $time, toggle);
    end
endmodule

`timescale 1us / 10ns
module dummy2;
    reg toggle;
    // 1.1 → 1100ns, 1.11 → 1110ns, 1.111 → 1110ns
    // toggle 초기화
    // 5 시간 단위마다 toggle 레지스터 반전
    // 이 모듈에서 5 시간 단위 = 5 us = 5000 ns
    always #5
    begin
        toggle = ~toggle;
        $display("%d, In dummy2 toggle = %b", $time, toggle);
    end
endmodule

파일 출력

파일 열기

• 시스템 작업 $fopen을 사용하여 파일을 열 수 있으며, 32비트 값으로 핸들을 반환함

integer handle1, handle2, handle3;
initial begin
    handle1 = $fopen("file1.out"); // handle1 = 32'h0000_0002 (bit 1 set)
    handle2 = $fopen("file2.out"); // handle2 = 32'h0000_0004 (bit 2 set)
    handle3 = $fopen("file3.out"); // handle3 = 32'h0000_0008 (bit 3 set)
end

파일에 쓰기

• 파일에 쓰기 위해 시스템 작업 $fdisplay, $fmonitor, $fwrite, $fstrobe가 사용된다.

integer desc1, desc2, desc3;
initial begin
    desc1 = handle1 | 1; // 비트 연산 or; desc1 = 32'h0000_0003
    $display(desc1, "Display 1"); // file1.out과 stdout에 쓰기
    desc2 = handle2 | handle1; // desc2 = 32'h0000_0006
    $fdisplay(desc2, "Display 2"); // file1.out과 file2.out에 쓰기
    desc3 = handle3; // desc3 = 32'h0000_0008
    $display(desc3, "Display 3"); // file3.out에만 쓰기
end

계층 구조 및 스트로빙 표시

계층 구조 표시

• 모든 디스플레이 작업에서 %m 옵션을 사용하여 어느 수준의 계층 구조도 표시할 수 있음

module M;
    initial $display("Displaying in %m");
endmodule

// M 모듈 인스턴스화
module top;
    M m1();
    M m2();
    M m3();
endmodule

스트로빙

• 스트로빙은 시스템 작업 키워드 $strobe로 수행됨

• $strobe는 동일한 시간 단위에서 다른 모든 할당 문이 실행된 후 항상 실행되어 동기화 메커니즘을 제공함

always @(posedge clock) begin
    a = b;
    c = d;
end
always @(posedge clock) $strobe("Displaying a = %b, c = %b", a, c);

난수 생성

• 난수 생성을 위해 시스템 작업 $random이 사용됨

• $random은 32비트 부호 있는 정수를 반환함

module test;
    integer r_seed;
    reg [31:0] addr;
    wire [31:0] data;
    ROM rom1(data, addr);
    initial begin
        r_seed = 2; // 임의로 시드를 2로 정의
        always @(posedge clock) addr = $random(r_seed); // 난수 생성
        // ROM의 출력과 예상 결과 확인
    end
endmodule
reg [23:0] rand1, rand2;
rand1 = $random % 60; // -59와 59 사이의 난수 생성
rand2 = {$random} & 60; // $random에 연결 연산자 추가하여 0과 59 사이의 양수 값 생성

파일에서 메모리 초기화

• 메모리를 초기화하기 위해 $readmemb와 $readmemh 키워드가 사용됨

• <start_addr>, <finish_addr>는 선택적임

module test;
    reg [7:0] memory[0:7];
    integer i;
    initial begin
        $readmemb("init.dat", memory);
        for (i = 0; i < 8; i = i + 1)
            $display("Memory [%d] = %b", i, memory[i]);
    end
endmodule

값 변경 덤프 파일

• 값 변경 덤프(VCD) 파일은 ASCII 파일로서 다음 정보를 포함함:
• 시뮬레이션 시간, 범위, 신호 정의, 시뮬레이션 실행 중의 신호 값 변경
• $dumpvars, $dumpfile, $dumpon/off 사용
• 덤프 레벨 지정 (0→all, 1→current)

initial $dumpfile("myfile.dmp");
initial $dumpvars; // 아무 인자 없음
initial $dumpvars(1, top); // 1번 계층 레벨에서 top 덤프
initial $dumpvars(0, top.m1); // top.m1과 그 아래 모두 덤프

// 덤프 프로세스 시작 및 중지
initial begin
    $dumpon;
    #100000 $dumpoff;
end