在SpinalHDL中如何優(yōu)雅地實現寄存器總線讀寫

對于FPGA系統(tǒng)設計里，寄存器控制通道的設計是系統(tǒng)控制中必不可少的部分。今日且看SpinalHDL中如何優(yōu)雅地實現寄存器總線讀寫。

Bus Slave Factory

在SpinalHDL里，其Libraries里提供了關于總線相關的庫。包含AMBA3、AMBA4、AVALON等總線類型，并提供了bus slave factory工具：

通過bus slave factory，我們可以方便地實現寄存器讀寫，其提供了一系列寄存器讀寫方法。這里列舉幾個常用的方法（完整的方法列表可參照SpinalHDL-Doc）：

read（that，address，bitOffset）

注冊寄存器讀操作到指定地址，比特偏移為bitOffset 。

write（that，address，bitOffset）

注冊寄存器寫操作到指定地址，比特偏移為bitOffset。

readAndWrite（that，address，bitOffset）

注冊寄存器讀寫操作到指定地址，比特偏移為bitOffset 。

readMultiWord（that，address）

注冊大位寬寄存器（超過總線數據位寬）讀操作到指定地址，其中address地址存放對應低比特，高比特地址向上累加。

writeMultiWord（that，address）

注冊大位寬寄存器（超過總線數據位寬）寫操作到指定地址，其中address地址存放對應低比特，高比特地址向上累加。

除此之外，bus slave factory還提供了printDataModel函數用于打印寄存器列表。而且在生成RTL時，其會自動檢測寄存器地址是否存在沖突。

AXI4-Lite總線實現

這里以AXI4-Lite總線舉例，通過AXI4-Lite總線讀寫三組寄存器：

en：單比特信號，可讀可寫。

plus：單比特信號，可讀寫，寫1自動清零。

cnt：64比特信號，可讀。

這里給出完整的代碼結構：

這里代碼5～10行代碼聲明模塊端口，第12行代碼規(guī)范AXI4-Lite端口名稱。代碼第15～18行通過slave factory實現AXI4-Lite寄存器讀寫。代碼第19行打印輸出寄存器列表。

由于plus寫1清零，因此代碼14行用于實現清零操作。

通過下面的語法生成RTL代碼：

在生成RTL代碼的同時，會打印寄存器列表：

仿真結果

SpinalHDL里提供了AXI4-Lite總線的基礎仿真庫，這里直接調用其仿真庫，完整的仿真代碼如下：

通過gtkWave觀察波形：

可以看到，功能符合我們的設計，寫寄存器0x4信號plus拉高1個時鐘周期后自動清零。 這里簡單幾行代碼實現了AXI4-Lite總線控制寄存器讀寫，對于我們在真正的項目實現里，能夠極大簡化我們的工作量和bug產生。盡管現在各個大廠或許有專門的總線控制寄存器讀寫代碼生成工具，但SpinalHDL這種形式從本質上解決了Verilog描述的重復性工作。

寫在最后

雖然SpinalHDL這種slave factory工具能夠讓我們在工程中快捷的實現想要的功能，但對于初學者來說，理解掌握AXI4-Lite這些標準的總線協(xié)議時序還是非常有必要的（Verilog or SpinalHDL實現都行嘍）～
編輯：lyn