RTL建模中的函數(shù)和任務(wù)（Function 和 task）

SystemVerilog的函數(shù)和任務(wù)可以將復(fù)雜的功能劃分為更小的、可重用的代碼塊。函數(shù)對(duì)于RTL建模非常有用，本文將對(duì)此進(jìn)行研究。

任務(wù)雖然有自己的優(yōu)勢(shì)，但在RTL模型中幾乎沒(méi)有價(jià)值。使用void函數(shù)（將在本節(jié)后面討論）是比使用任務(wù)更好的RTL編碼方式。因此，本文僅簡(jiǎn)要討論任務(wù)。

函數(shù)和任務(wù)可以在使用它們的模塊或接口中定義。定義可以出現(xiàn)在調(diào)用函數(shù)或任務(wù)的語(yǔ)句之前或之后完成，函數(shù)和任務(wù)也可以在包中定義，然后導(dǎo)入到模塊或接口中，包導(dǎo)入語(yǔ)句必須出現(xiàn)在調(diào)用函數(shù)或任務(wù)之前。

函數(shù)

調(diào)用時(shí)，函數(shù)執(zhí)行其編程語(yǔ)句并返回值。對(duì)函數(shù)的調(diào)用可以在任何可以使用表達(dá)式（如網(wǎng)絡(luò)或變量）的地方使用。這里展示了一個(gè)函數(shù)定義示例和對(duì)該函數(shù)的調(diào)用。本節(jié)后面將展示更實(shí)用的可綜合示例。

SystemVerilog語(yǔ)法要求函數(shù)在零仿真時(shí)間內(nèi)執(zhí)行?？删C合函數(shù)不能包含時(shí)鐘周期或傳播延遲。

靜態(tài)和自動(dòng)（Static and automatic）函數(shù)。函數(shù)（和任務(wù)）可以聲明為靜態(tài)或自動(dòng)。如果兩者都未指定，則模塊、接口或包中定義的函數(shù)的默認(rèn)值為靜態(tài)。

靜態(tài)函數(shù)保留從一個(gè)調(diào)用到下一個(gè)調(diào)用的任何內(nèi)部變量或存儲(chǔ)的狀態(tài)。函數(shù)名和函數(shù)輸入是隱式內(nèi)部變量，在函數(shù)退出時(shí)將保留它們的值。

這種靜態(tài)存儲(chǔ)的效果是-對(duì)函數(shù)的新調(diào)用可以記住以前調(diào)用的值。這種“記憶性”在驗(yàn)證代碼中很有用，但這種行為并不能準(zhǔn)確地仿真綜合編譯器從函數(shù)實(shí)現(xiàn)的門(mén)級(jí)行為，這可能導(dǎo)致RTL模型仿真與ASIC或FPGA的實(shí)際功能不匹配。

自動(dòng)函數(shù)在每次調(diào)用該函數(shù)時(shí)都會(huì)分配新的存儲(chǔ)。遞歸函數(shù)調(diào)用（如上文所示的 階乘f(factorial_f) 函數(shù)示例）需要自動(dòng)存儲(chǔ)（兩個(gè)不同過(guò)程同時(shí)調(diào)用同一任務(wù)的可重入任務(wù)調(diào)用也需要自動(dòng)存儲(chǔ)）

靜態(tài)存儲(chǔ)的默認(rèn)設(shè)置不適用于硬件行為的RTL建模。此外，綜合編譯器要求包或接口中聲明的函數(shù)必須聲明為自動(dòng)函數(shù)。

函數(shù)默認(rèn)為靜態(tài)存儲(chǔ)是有歷史原因的。在Verilog仿真的最初幾年，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)存有限且處理器速度慢得多，靜態(tài)存儲(chǔ)有助于提高仿真運(yùn)行時(shí)性能，與使用現(xiàn)代仿真器和計(jì)算服務(wù)器的自動(dòng)存儲(chǔ)相比，靜態(tài)存儲(chǔ)沒(méi)有性能優(yōu)勢(shì)。SystemVerilog標(biāo)準(zhǔn)保留了靜態(tài)函數(shù)的原始語(yǔ)言默認(rèn)值，以便與遺留的驗(yàn)證代碼保持向后兼容，這些代碼可能是為了利用函數(shù)的靜態(tài)存儲(chǔ)而編寫(xiě)的。

函數(shù)返回。

函數(shù)的返回?cái)?shù)據(jù)類(lèi)型定義在函數(shù)名之前。在上面的 階乘f(factorial_f) 示例中，該函數(shù)返回一個(gè)N位寬的向量，其類(lèi)型為logic（4-state）。如果未指定返回類(lèi)型，則默認(rèn)情況下，函數(shù)返回為1位logic（4-state）類(lèi)型。

SystemVerilog提供了兩種指定函數(shù)返回值的方法。一種方法是使用return關(guān)鍵字，如上面的factorial_f示例所示。return關(guān)鍵字后面是函數(shù)要返回的值。或者，可以將此返回值括在括號(hào)中。

第二種指定返回值的方法是為函數(shù)名賦值。函數(shù)名是與返回值數(shù)據(jù)類(lèi)型相同的隱式變量類(lèi)型，當(dāng)函數(shù)計(jì)算返回值時(shí)，此隱式變量可用于臨時(shí)存儲(chǔ)。分配給函數(shù)名的最后一個(gè)值將成為函數(shù)返回值。本節(jié)開(kāi)頭顯示的 階乘f(factorial_f) 函數(shù)可以重新編碼，以使用函數(shù)名作為隱式內(nèi)部變量來(lái)計(jì)算返回值。

Void函數(shù)。

函數(shù)返回類(lèi)型可以聲明為void。Void函數(shù)不返回值，不能像其他函數(shù)一樣用作表達(dá)式。void函數(shù)被稱(chēng)為語(yǔ)句，而不是表達(dá)式。

void函數(shù)和任務(wù)之間的唯一區(qū)別是函數(shù)必須在零時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。大多數(shù)綜合編譯器不支持任務(wù)中任何形式的時(shí)鐘延遲。使用void函數(shù)代替任務(wù)使得這種綜合限制成為語(yǔ)法要求，并且可以防止編寫(xiě)可以仿真但不可以綜合的RTL模型。

函數(shù)參數(shù)。函數(shù)定義中的參數(shù)稱(chēng)為形式參數(shù)（formal arguments）。函數(shù)調(diào)用中的參數(shù)稱(chēng)為實(shí)際參數(shù)（actual arguments）。形式參數(shù)可以是input、output或inout，并使用與模塊端口相同的語(yǔ)法聲明，默認(rèn)方向（如果未定義）為input，上面fill_packet示例中的形式參數(shù)是32-bit 4-state輸入，用戶(hù)定義的packet_t類(lèi)型的輸出形式參數(shù)。

形式參數(shù)也可以聲明為ref（reference的縮寫(xiě)）代替端口方向（direction），ref參數(shù)是指向函數(shù)調(diào)用的實(shí)際參數(shù)的指針形式，函數(shù)必須聲明為自動(dòng)函數(shù)(automaticfunction)才能使用ref參數(shù)。

所有RTL綜合編譯器都支持輸入和輸出（input 和 output）函數(shù)參數(shù)。某些RTL綜合編譯器不支持inout和ref參數(shù)。

調(diào)用函數(shù)。

調(diào)用函數(shù)時(shí)，將實(shí)際參數(shù)傳遞給形式參數(shù)有兩種編碼樣式：按順序傳遞和按名稱(chēng)傳遞。按順序傳遞時(shí)，第一個(gè)實(shí)際參數(shù)傳遞給第一個(gè)形式參數(shù)，第二個(gè)實(shí)際參數(shù)傳遞給第二個(gè)形式參數(shù)，依此類(lèi)推。按名稱(chēng)傳遞使用與按名稱(chēng)連接模塊相同的語(yǔ)法。形式參數(shù)的名稱(chēng)前面有逗號(hào)（.），后跟括號(hào)中的實(shí)際參數(shù)。

給定函數(shù)定義：

傳遞實(shí)際參數(shù)的兩種方式是：

函數(shù)輸入默認(rèn)值。

可以為形式參數(shù)指定默認(rèn)值，如下所示：

具有默認(rèn)值的參數(shù)不需要傳遞實(shí)際參數(shù)，如果沒(méi)有傳遞實(shí)際參數(shù)，則使用默認(rèn)值。例如：

如果傳入實(shí)際值，則使用實(shí)際值，如下所示：

使用return提前退出函數(shù)。

return語(yǔ)句也可以用于在函數(shù)中的所有語(yǔ)句都執(zhí)行之前退出函數(shù)，下面的示例可以在3個(gè)不同的點(diǎn)退出函數(shù)。如果 max 輸入為0，則函數(shù)在執(zhí)行for循環(huán)之前退出；如果for循環(huán)迭代器達(dá)到max值，則函數(shù)在到達(dá)循環(huán)末尾之前退出；如果for循環(huán)完成，則函數(shù)在到達(dá)endfunction時(shí)退出。

參數(shù)化函數(shù)（Parameterized function）。

參數(shù)化函數(shù)是SystemVerilog中功能強(qiáng)大且廣泛使用的功能?？梢詾槟K的每個(gè)實(shí)例重新定義參數(shù)，使模塊易于配置和重用。模塊級(jí)參數(shù)可以在函數(shù)定義中使用，如前面的sum_to_endpoint_f函數(shù)示例所示。使用模塊級(jí)參數(shù)意味著對(duì)函數(shù)的所有調(diào)用將具有相同的向量大小。如果調(diào)用函數(shù)的每個(gè)位置使用不同的向量大小，則無(wú)法對(duì)函數(shù)進(jìn)行配置。

函數(shù)不能像模塊那樣進(jìn)行參數(shù)化，SystemVerilog不允許函數(shù)定義具有內(nèi)部參數(shù)，這些參數(shù)可以在調(diào)用函數(shù)的每個(gè)地方重新定義——這限制了編寫(xiě)可重用、可配置函數(shù)的能力。但是，對(duì)于這個(gè)限制，有一個(gè)解決方法，即在參數(shù)化虛擬類(lèi)中聲明靜態(tài)函數(shù)，可以使用范圍解析操作符（無(wú)需創(chuàng)建對(duì)象）直接調(diào)用類(lèi)定義中的靜態(tài)函數(shù)。

在調(diào)用函數(shù)的每個(gè)地方，都可以重新定義類(lèi)（class）參數(shù)，如下例所示：

參數(shù)化函數(shù)可以只創(chuàng)建和維護(hù)函數(shù)的一個(gè)版本，而不必定義具有不同數(shù)據(jù)類(lèi)型、向量寬度或其他特征的多個(gè)版本。

請(qǐng)注意，在類(lèi)定義中，static關(guān)鍵字位于function關(guān)鍵字之前，而在模塊中，static或automatic關(guān)鍵字位于function關(guān)鍵字之后。有一個(gè)重要的語(yǔ)義差異，在類(lèi)中，靜態(tài)函數(shù)聲明類(lèi)中函數(shù)的生存期，并限制函數(shù)在類(lèi)中可以訪問(wèn)的內(nèi)容，在模塊中，靜態(tài)函數(shù)或自動(dòng)函數(shù)指函數(shù)中參數(shù)和變量的生存期。

任務(wù)-Task

任務(wù)是封裝一條或多條編程語(yǔ)句的子例程，因此可以從不同的位置調(diào)用封裝的語(yǔ)句，或在其他項(xiàng)目中重用。與函數(shù)不同，任務(wù)沒(méi)有返回值。一個(gè)例子是：

任務(wù)被稱(chēng)為編程語(yǔ)句，并使用輸出形式參數(shù)從任務(wù)中傳遞值。

語(yǔ)法上；任務(wù)與函數(shù)非常相似，只是任務(wù)沒(méi)有返回類(lèi)型。任務(wù)和函數(shù)之間的一個(gè)重要區(qū)別是，任務(wù)可能包含時(shí)鐘周期和傳播延遲。然而，大多數(shù)綜合編譯器要求任務(wù)中的編程語(yǔ)句在零仿真時(shí)間內(nèi)運(yùn)行。這種綜合限制使任務(wù)幾乎與void函數(shù)相同，因?yàn)関oid函數(shù)在語(yǔ)法上強(qiáng)制零時(shí)間執(zhí)行，所以最佳編碼實(shí)踐是在RTL模型中需要子例程時(shí)使用void函數(shù)而不是任務(wù)。上面的ReverseBits任務(wù)可以重寫(xiě)為void函數(shù)，如下所示：

審核編輯：劉清