數(shù)字硬件建模SystemVerilog-結(jié)構(gòu)體（二）

結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體用于將多個(gè)變量組合在一個(gè)通用名稱下。設(shè)計(jì)通常具有邏輯信號(hào)組，例如總線協(xié)議的控制信號(hào)，或狀態(tài)控制器內(nèi)使用的信號(hào)。結(jié)構(gòu)體提供了將這些相關(guān)變量捆綁在一起的方法。結(jié)構(gòu)體中的所有變量都可以單個(gè)賦值，或者每個(gè)變量都可以單獨(dú)賦值。結(jié)構(gòu)體包可以復(fù)制到具有相同定義的另一個(gè)結(jié)構(gòu)體，并通過(guò)模塊端口、任務(wù)或函數(shù)進(jìn)出。

結(jié)構(gòu)體復(fù)制

一個(gè)自定義結(jié)構(gòu)體可以復(fù)制到另一個(gè)自定義結(jié)構(gòu)體，只要這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體是從同一個(gè)自定義結(jié)構(gòu)體定義聲明的。以下示例使用了上節(jié)中所示的結(jié)構(gòu)體定義和聲明。

匿名結(jié)構(gòu)體不能作為一個(gè)整體復(fù)制，但可以一次復(fù)制一個(gè)成員：

壓縮和非壓縮結(jié)構(gòu)體

默認(rèn)情況下，結(jié)構(gòu)體會(huì)被非壓縮的。這意味著結(jié)構(gòu)體的成員被視為獨(dú)立變量或常量，并以一個(gè)共同的名稱分組在一起。SystemVerilog沒(méi)有指定軟件工具應(yīng)該如何存儲(chǔ)非壓縮結(jié)構(gòu)體的成員。不同的軟件工具具對(duì)于結(jié)構(gòu)體的存儲(chǔ)分布也是不同的。

通過(guò)使用關(guān)鍵字packed，將結(jié)構(gòu)體顯式聲明為壓縮結(jié)構(gòu)體。

壓縮結(jié)構(gòu)體以與向量相同的形式將結(jié)構(gòu)體的所有成員存儲(chǔ)為連續(xù)位。結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員是向量最左邊的字段。結(jié)構(gòu)體中最后一個(gè)成員的最右邊的位是向量的最低有效位，編號(hào)為位0。如圖4-2所示。

圖4-2：壓縮結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)為向量

壓縮結(jié)構(gòu)體的所有成員都必須是整數(shù)值。整數(shù)值是可以表示為向量的值，例如byte、int和使用bit或logic類型創(chuàng)建的向量。如果結(jié)構(gòu)體的任何成員不能表示為向量，則該結(jié)構(gòu)體不能被壓縮。這意味著壓縮結(jié)構(gòu)體不能包含實(shí)數(shù)或短實(shí)數(shù)變量、非壓縮結(jié)構(gòu)體、非壓縮聯(lián)合體體或非壓縮的數(shù)組。

引用壓縮結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)體成員。壓縮結(jié)構(gòu)體可以復(fù)制，或分配一個(gè)結(jié)構(gòu)體表達(dá)式值列表，方法與非壓縮結(jié)構(gòu)體相同。壓縮結(jié)構(gòu)體的成員可以通過(guò)成員名稱引用，方式與非壓縮結(jié)構(gòu)體相同。

壓縮結(jié)構(gòu)體也可以被視為一個(gè)向量。因此，除了結(jié)構(gòu)體分配，向量值還可以分配給壓縮結(jié)構(gòu)體

向量賦值是合法的，因?yàn)橘x值左邊的結(jié)構(gòu)體成員已壓縮在一起，形成一組連續(xù)的位，方式與向量相同。因?yàn)閴嚎s結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)為一組連續(xù)的位，所以對(duì)壓縮結(jié)構(gòu)體執(zhí)行向量操作也是合法的，包括位選擇和部分選擇。以下兩個(gè)賦值都將分配給data_word的tag成員：

可以在向量上執(zhí)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和任何其他運(yùn)算也可以在壓縮結(jié)構(gòu)體上執(zhí)行。

有符號(hào)壓縮結(jié)構(gòu)體。壓縮結(jié)構(gòu)體可以用signed和unsigned關(guān)鍵字聲明。當(dāng)在運(yùn)算或關(guān)系運(yùn)算中用作向量時(shí)，這些修飾符會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)體的識(shí)別方式。它們不會(huì)影響結(jié)構(gòu)體成員的識(shí)別方式。結(jié)構(gòu)體的每個(gè)成員都被視為有符號(hào)或無(wú)符號(hào)，這取決于該成員的類型聲明。壓縮結(jié)構(gòu)體的部分選擇是無(wú)符號(hào)的，與向量的部分選擇相同。

通過(guò)端口傳遞結(jié)構(gòu)體

自定義結(jié)構(gòu)體可以通過(guò)模塊和接口的端口傳遞，結(jié)構(gòu)體必須首先使用 typedef 定義為用戶自定義數(shù)據(jù)類型，然后才允許將模塊或接口的端口聲明為結(jié)構(gòu)體類型。

非壓縮的結(jié)構(gòu)體必須是自定義結(jié)構(gòu)體，才能通過(guò)端口傳遞該結(jié)構(gòu)體。與端口的連接必須是與端口類型完全相同的結(jié)構(gòu)體。也就是說(shuō)，端口和端口兩側(cè)的連接都必須從相同的typedef定義聲明。此限制僅適用于非壓縮結(jié)構(gòu)體。通過(guò)模塊端口的壓縮結(jié)構(gòu)體被視為向量。端口的外部連接可以是相同類型的壓縮結(jié)構(gòu)體，也可以是任何類型的向量。

通過(guò)將任務(wù)或函數(shù)參數(shù)聲明為結(jié)構(gòu)體類型，自定義結(jié)構(gòu)體也可以作為參數(shù)傳遞給任務(wù)或函數(shù)。

當(dāng)調(diào)用一個(gè)任務(wù)或函數(shù)時(shí)，如果該任務(wù)或函數(shù)有一個(gè)非壓縮的結(jié)構(gòu)體作為正式參數(shù)菜單，則必須將一個(gè)完全相同類型的結(jié)構(gòu)體傳遞給該任務(wù)或函數(shù)。壓縮結(jié)構(gòu)體形式參數(shù)被視為向量，可以傳遞給任何類型的向量。

傳統(tǒng)的Verilog與結(jié)構(gòu)體

最初的Verilog語(yǔ)言沒(méi)有一種方便的機(jī)制來(lái)將常見(jiàn)信號(hào)收集到一個(gè)組中。在傳統(tǒng)的Verilog樣式的模型中，工程師必須使用特殊的分組方法，例如命名約定，其中一組中的每個(gè)信號(hào)都以一組公共字符開(kāi)始或結(jié)束。最初的Verilog語(yǔ)言也無(wú)法通過(guò)模塊端口或任務(wù)和函數(shù)傳遞信號(hào)集合，每個(gè)信號(hào)都必須通過(guò)單獨(dú)的端口或參數(shù)傳遞。

在原始Verilog語(yǔ)言中添加結(jié)構(gòu)體是一種強(qiáng)大的RTL建模構(gòu)造，反之亦然。它提供了一種更簡(jiǎn)潔、更直觀、更可重用的復(fù)雜模型功能建模方法。包中定義的自定義結(jié)構(gòu)體可以在多個(gè)模塊中重復(fù)使用，也可以在用于驗(yàn)證RTL模型的驗(yàn)證測(cè)試臺(tái)中重復(fù)使用。

綜合指導(dǎo)

非壓縮結(jié)構(gòu)體和壓縮結(jié)構(gòu)體都是可綜合的。綜合工具支持結(jié)構(gòu)體通過(guò)模塊端口傳遞 ， 也支持作為輸入或輸出傳遞給任務(wù)和函數(shù) ， 也支持使用成員名和值的列表對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行賦值。

綜合編譯器可能比壓縮結(jié)構(gòu)體更好地優(yōu)化非壓縮結(jié)構(gòu)體。非壓縮結(jié)構(gòu)體允許軟件工具確定存儲(chǔ)或?qū)崿F(xiàn)每個(gè)結(jié)構(gòu)體成員的最佳方式，而壓縮結(jié)構(gòu)體則決定如何組織每個(gè)成員。

審核編輯 ：李倩