芯片實(shí)現(xiàn)碼代碼的部分

0 緒論

經(jīng)過了上篇文章的文檔設(shè)計(jì)，我們這一章開始寫代碼。碼代碼這個(gè)問題確實(shí)是一個(gè)必備技能，任何設(shè)計(jì)不會碼代碼其實(shí)無法實(shí)現(xiàn)的。

這塊兒流程上包括了兩個(gè)東西。第一個(gè)碼代碼，第二個(gè)是一些必要的代碼檢查，保證代碼不會出現(xiàn)什么歧義導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)意圖不一致。具體語法我們就不在這一章講了，寫出來也是千篇一律，此處就簡單講講HDL的簡介，同時(shí)講一下如何提高編碼質(zhì)量，供大家參考。然后簡單講一個(gè)代碼寫完必要的檢查工序spyglass檢查，這個(gè)工具可以避免大部分低級BUG。

1 碼代碼

1.1 HDL簡介

此處的代碼主要指的是HDL, hardware design language, 最主流的只有一種：Verilog，以及它的衍生品system verilog。其實(shí)還有兩種語言，VHDL，屬于它的時(shí)代已經(jīng)過去了， 還有一種Chisel為代表的高級語言，屬于它的時(shí)代似乎還沒到來。所以我們這個(gè)地方重點(diǎn)講講verilog。

verilog 1983年被gateway設(shè)計(jì)，1990年gateway被candance收購。然后90年代出了第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Verilog-95，定義了最原始的語法。直到現(xiàn)在，部分公司還是只允許使用95中的特性。2001年公布新一代標(biāo)準(zhǔn)，verilog-2001, 這一代標(biāo)準(zhǔn)中加入了generate, 多維數(shù)組等等實(shí)用的語法，現(xiàn)在是verilog使用最主流的標(biāo)準(zhǔn)，基本上所有的軟件工具鏈都支持該標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)verilog更新了一代標(biāo)準(zhǔn)verilog2005, 不過這一代標(biāo)準(zhǔn)開始向著一個(gè)獨(dú)立的方向演變，最后被合并到了systemverilog 2009。system verilog中提供了interface等等一系列面向?qū)ο蟮姆椒?，已?jīng)廣泛被驗(yàn)證支持了，但是在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中只被支持了少部分特性。具體什么特性允許使用其實(shí)各個(gè)公司都有自己的看法與標(biāo)準(zhǔn)，你需要注意一下公司的編碼標(biāo)準(zhǔn)。從我個(gè)人的觀點(diǎn)來看，如果確認(rèn)新特性沒問題最好用新特性，減少工作量的同時(shí)還能避免代碼出低級錯(cuò)誤。

verilog代碼長這樣。下面實(shí)現(xiàn)了一個(gè)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。

1.2 編碼質(zhì)量

Verilog其實(shí)不是一個(gè)很難的語言，但是由于比較落后，編碼質(zhì)量很多需要人為來注意。編碼質(zhì)量主要就是兩個(gè)方面考慮。容易出錯(cuò)的點(diǎn)以及提高后續(xù)步驟效率的點(diǎn)。常見容易出錯(cuò)的點(diǎn)大家應(yīng)該都懂，此處簡單總結(jié)了一下我覺得需要了解又容易被忽略的點(diǎn)，歡迎大家補(bǔ)充。

1.2.1 容易出錯(cuò)的點(diǎn)

·命名有意義，代碼有注釋。這個(gè)任何編程語言都需要注意，我把它列在第一點(diǎn)，這是一個(gè)碼農(nóng)最起碼的素質(zhì)。即可以避免自己出錯(cuò)，又可以避免接手代碼的人一頭霧水。我也看過不少代碼沒注釋，命名還全是tmp1 tmp2 tmp3, 最后結(jié)局只能是自己重寫。

·信號不要以Reg以及數(shù)字結(jié)尾。這個(gè)點(diǎn)很容易被忽略，綜合時(shí)會自動給信號加上reg, 到時(shí)候就沒辦法區(qū)分是你寫的，還是自動生成的，非要標(biāo)識這是個(gè)寄存器可以用ff結(jié)尾。同時(shí)，如果多組信號不要命名為xx1,xx2, 這么做非常容易和xx[1]混淆，建議改成xxa, xxb。

·敏感列表用*，不要用具體的信號。always實(shí)現(xiàn)組合邏輯的時(shí)候一個(gè)敏感列表always @(列表），這個(gè)列表直接用*，讓綜合去自動填敏感列表，把信號寫進(jìn)去非常容易出錯(cuò)。

·少用magic numer。設(shè)計(jì)的時(shí)候好多時(shí)候需要用到參數(shù)，比如fifo的深度，這種東西盡量用參數(shù)表示出來，不同地方引用一個(gè)參數(shù)，否則非常容易出現(xiàn)不一致的情況。

·不要生產(chǎn)latch。latch指的是沒有鎖存的寄存，生成latch會產(chǎn)生毛刺，所以非必要不允許使用latch。之所以產(chǎn)生latch其原理是你實(shí)現(xiàn)了組合邏輯，但是某個(gè)周期某個(gè)變量值沒有發(fā)生變化。所以牢記規(guī)律，時(shí)序邏輯值可以不變，但組合邏輯必須每個(gè)周期都賦值。具體點(diǎn)講，實(shí)現(xiàn)組合邏的時(shí)候，case必須有default, if必須有else。

·不要生產(chǎn)組合邏輯環(huán)。組合邏輯環(huán)指的是同周期A變化的條件是B，而B變化依賴于A。相當(dāng)于軟件中的死循環(huán)。功能上就不可能正確，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候要記得避免組合邏輯環(huán)。

·異步信號不要直接打拍。異步信號需要特別注意。在詳設(shè)的時(shí)候應(yīng)該就要考慮清楚怎么處理。是用多級打拍，DMUX，異步FIFO等等辦法，總之，不能當(dāng)做同步信號給直接處理了，否則必出錯(cuò)。

1.2.2 提高后續(xù)效率需要注意的點(diǎn)

·盡量一個(gè)模塊用一個(gè)時(shí)鐘域。主要是為了后端設(shè)計(jì)起來比較方便，CTS步驟（見后續(xù)文章）較容易。

·大的模塊最好reg in和reg out?？梢宰畲蟪潭壬媳苊夂蠖藭r(shí)序上出問題。因?yàn)楹蠖四K與模塊之間不一定是按著放的，寄存器輸出寄存器輸入留出足夠的時(shí)間余量。

·不可綜合的與可綜合的代碼分模塊。設(shè)計(jì)代碼的時(shí)候有時(shí)候可能會用到SRAM cell, 或者其他硬核IP，再或者designware IP。這些東西最好單獨(dú)封裝模塊調(diào)用。主要是為了后續(xù)代碼可能會用FPGA或者emulation驗(yàn)證，不可綜合的部件直接替換成邏輯版本。

碼代碼部分內(nèi)容大致就是這些。其實(shí)也不必壓力太大，因?yàn)榇a寫出來是要經(jīng)過多輪工具檢查的。尤其經(jīng)過下面講的spyglass檢查后，想出錯(cuò)也沒有那么容易（當(dāng)然，一旦出錯(cuò)就是非常隱蔽的錯(cuò)誤，可能流片后都沒發(fā)現(xiàn)Orz）

2 Spyglass檢查

碼完代碼，其實(shí)我們有一個(gè)非常強(qiáng)力的工具可以避免大部分低級錯(cuò)誤。這個(gè)工具應(yīng)該是synopsys公司出的。這個(gè)工具的GUI長這樣。

最主要檢查的東西應(yīng)該有兩個(gè),lint檢查一些常用的語法錯(cuò)誤，CDC (Clock Domain Crossing )檢查異步的處理是不是有問題。

lint會檢查出所有等號左右位寬不匹配、組合邏輯環(huán)、生成了latch, 端口連接不對等等問題?；旧铣Ｒ姷腻e(cuò)誤都會報(bào)出來，一般它會采用寧可錯(cuò)殺不會放過的策略。所以此處會爆出一大堆的錯(cuò)誤，需要逐個(gè)check一下有沒有問題。當(dāng)然，好多問題也是可以waive掉的，但必須每個(gè)waive都要十分確定能不能waive掉。比如計(jì)數(shù)器，一般計(jì)數(shù)器到溢出就自動回環(huán)了，這種時(shí)候lint就會爆出錯(cuò)，你就要檢查一下是不是真的要讓計(jì)數(shù)器回環(huán)。一般spygalss給你報(bào)的錯(cuò)分為四類，fatel, error, warning, info。其中fatel和error是一定不能有的, 有了必然不讓你拿去流片，warning可以適當(dāng)waive，info大多不用管。

CDC會檢查異步問題。主要檢查是不是所有跨時(shí)鐘域的信號經(jīng)過了同步，如果spyglass沒檢查到跨時(shí)鐘域的信號沒有經(jīng)過多級打拍或者dmux同步會報(bào)錯(cuò)。再比如A時(shí)鐘域的兩個(gè)信號同步到了B時(shí)鐘域，然后合并了，這個(gè)時(shí)候也會報(bào)錯(cuò)，因?yàn)檫@兩個(gè)信號同步過去以后時(shí)序可能會發(fā)生變化，要仔細(xì)檢查。再比如要同步的信號不是寄存器輸出的，這種情況由于存在毛刺風(fēng)險(xiǎn)，會增大亞穩(wěn)態(tài)的概率，所以也會報(bào)出來。總之, 你能想到的錯(cuò)誤基本上都會檢查出來。

本部分主要簡單介紹了編碼完后要用到的最重要的工具之一spyglass。實(shí)際使用的時(shí)候確實(shí)也要有一定的經(jīng)驗(yàn)積累，什么問題可以waive掉，什么問題必須改。沒必要所有問題都改掉，耗費(fèi)的精力實(shí)在是太大，但真的存在風(fēng)險(xiǎn)的問題必須改掉，否則就可能搞出大事兒。。。

3 總結(jié)

本節(jié)我們講了芯片實(shí)現(xiàn)碼代碼的部分。主要就是verilog以及后續(xù)的檢查。芯片流片是一錘子買賣，所以一定要保證寫的代碼不出錯(cuò)，一方面，在本節(jié)講的編碼階段要盡量少寫bug, 另一方面，要經(jīng)過縝密的驗(yàn)證，最大程度上攔截BUG。

審核編輯 ：李倩