FPGA設(shè)計(jì)是無(wú)情的，所以我們需要利用能獲得的任何軟件進(jìn)行檢查。Verilator是一個(gè) Verilog 仿真器，還支持 linting：靜態(tài)分析設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。Verilator 不僅可以發(fā)現(xiàn)綜合工具可能忽略的問(wèn)題，而且運(yùn)行速度也很快。Verilator 也非常適合使用 SDL 進(jìn)行圖形仿真。

安裝Verilator

Linux

Verilator 在大多數(shù) Linux 發(fā)行版存儲(chǔ)庫(kù)中都可用，并適用于 Windows 子 Linux 系統(tǒng)上運(yùn)行。

對(duì)于 Debian 和基于 Ubuntu 的發(fā)行版，可以使用 apt 安裝 Verilator：

aptupdate
aptinstallverilator

蘋果系統(tǒng)

在 macOS 上，可以通過(guò)Homebrew包管理器安裝最新版本的 Verilator ：

brewinstallverilator

要為其他平臺(tái)（例如 FreeBSD）安裝 Verilator，請(qǐng)參閱官方Verilator 安裝指南。

基本 Linting

對(duì)于獨(dú)立模塊，linting 本身就很簡(jiǎn)單：

verilator--lint-only-Wallfoo.v

--lint-only-告訴Verilator進(jìn)行l(wèi)int但不生成任何仿真輸出
-Wall-打開(kāi)額外的風(fēng)格檢查

如果一切順利，將不會(huì)看到來(lái)自 Verilator 的消息。

如果 Verilator 發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，它會(huì)提供明確的建議，包括如何禁用警告。Verilator 手冊(cè)包含可能的警告列表。

讓我們創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的“add”模塊，并設(shè)置幾個(gè)問(wèn)題，然后對(duì)其進(jìn)行 lint：

`default_nettypenone

moduleadd(
inputwireclk,
inputwire[3:0]x,
inputwire[3:0]y,
outputregz,
outputregc
);

always@(posedgeclk)begin
z<=?x?+?y;
????end
endmodule

進(jìn)行l(wèi)int檢查

$verilator--lint-only-Walladd.v
%Warning-WIDTH:add.v11:OperatorASSIGNDLYexpects1bitsontheAssignRHS,butAssignRHS'sADDgenerates4bits.
:...Ininstanceadd
12|z<=?x?+?y;
??????|???????????^~
????????????????...?Use?"/*?verilator?lint_off?WIDTH?*/"?and?lint_on?around?source?to?disable?this?message.
%Warning-UNDRIVEN:?add.v16:?Signal?is?not?driven:?'c'
?????????????????????????????:?...?In?instance?add
????8?|?????output?reg?c
??????|????????????????^
%Error:?Exiting?due?to?2?warning(s)

第一個(gè)問(wèn)題是寬度：x和y是 4 位寬，但z沒(méi)有明確的寬度，因此只有 1 位寬。

我們可以通過(guò)這樣做來(lái)忽略寬度警告：

always@(posedgeclk)begin
/*verilatorlint_offWIDTH*/
z<=?x?+?y;
????????/*?verilator?lint_on?WIDTH?*/
????end

這僅僅是隱藏了問(wèn)題，卻沒(méi)有采取任何措施。

相反，我們可以通過(guò)將z的寬度設(shè)置為 4 來(lái)修復(fù)該問(wèn)題：

outputreg[3:0]z,

雖然這消除了 Verilator 警告，但可能無(wú)法完全解決問(wèn)題。

例如，如果x和y都是4'b1000，會(huì)發(fā)生什么?我們的加法溢出，計(jì)算出z值4'b0000。此示例說(shuō)明了 linting 的局限性之一：它可以查看不同信號(hào)的寬度，但無(wú)法解釋應(yīng)用于它們的所有邏輯。

因此，除了固定z的寬度外，我們還可以將其用作c進(jìn)位信號(hào)，這也解決了“信號(hào)未驅(qū)動(dòng)”警告：

always@(posedgeclk)begin
{c,z}<=?x?+?y;
????end

依賴關(guān)系和路徑

如果一個(gè)模塊依賴于另一個(gè)模塊會(huì)發(fā)生什么？Verilator 將在當(dāng)前路徑中搜索匹配的模塊。如果想向模塊搜索路徑添加其他目錄，我們可以使用-I. 例如，如果top.v依賴于../maths目錄中的模塊：

verilator--lint-only-Wall-I../mathstop.v

可以使用多個(gè)-I參數(shù)來(lái)包含多個(gè)目錄。

黑匣子和空模塊

大多數(shù)設(shè)計(jì)依賴于沒(méi)有源的供應(yīng)商原語(yǔ)或 IP 核，例如使用 PLL 生成時(shí)鐘。當(dāng)嘗試對(duì)引用供應(yīng)商原語(yǔ)的模塊進(jìn)行 lint 處理時(shí)，將收到如下錯(cuò)誤：

%Error:clock_pix.sv5:Cannotfindfilecontainingmodule:'MMCME2_BASE'
29|MMCME2_BASE#(
|^~~~~~~~~~~
%Error:clock_pix.sv5:Thismaybebecausethere'snosearchpathspecifiedwith-I.
29|MMCME2_BASE#(
|^~~~~~~~~~~
...Lookedin:
MMCME2_BASE
MMCME2_BASE.v
MMCME2_BASE.sv
obj_dir/MMCME2_BASE
obj_dir/MMCME2_BASE.v
obj_dir/MMCME2_BASE.sv

第一個(gè)想法可能是找到一種排除MMCME2_BASElint 的方法。唉，Verilog “不經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)就無(wú)法檢查，需要整個(gè)設(shè)計(jì)”。我們可以通過(guò)為原語(yǔ)創(chuàng)建一個(gè)空模塊來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題?？漳K包含 IO，但不包含任何邏輯。

例如，為 Xilinx 的 BUFG 原語(yǔ)創(chuàng)建了一個(gè)空模塊：

moduleBUFG(
inputwirelogicI,
outputlogicO
);

//NULLMODULE

endmodule

創(chuàng)建空模塊有點(diǎn)乏味，但可以檢查整個(gè)設(shè)計(jì)。要使用 null 模塊，請(qǐng)確保它位于 Verilator 的搜索路徑中（請(qǐng)參閱上一節(jié)）。

Linting Waivers

如果需要對(duì)較大的設(shè)計(jì)或使用第三方源的設(shè)計(jì)消除 linter 警告，那么/* verilator lint_off */注釋可能不行。從 Verilator 4.028 開(kāi)始，可以創(chuàng)建Waivers來(lái)處理警告，而無(wú)需觸及源代碼。要了解更多信息，請(qǐng)參閱 Stefan Wallentowitz 的帖子Verilator Waivers（https://wallento.cs.hm.edu/post/20200612-verilator-waivers/）。

Linting Shell Script

如果有許多頂級(jí)模塊和/或包含目錄，可以使用 Makefile 或簡(jiǎn)單的 shell 腳本自動(dòng)檢查。

以下 shell 腳本 lint 與該腳本位于同一目錄中的所有頂級(jí)模塊：

#!/bin/sh

DIR=`dirname$0`

echo"##Lintingtopmodulesin${DIR}"
forfin${DIR}/top_*.*v;do
echo"##Checking${f}";
verilator--lint-only-Wall-I${DIR}-I${DIR}/../common$f;
done

可以調(diào)整-I參數(shù)以適合自己的設(shè)置。top_*.*v捕獲擴(kuò)展名為 .v 和 .sv 的文件。

總結(jié)

今天關(guān)于Verilator 進(jìn)行 Verilog Lint介紹就這樣，這是一個(gè)功能強(qiáng)大的工具，希望有興趣的可以嘗試一下~

審核編輯：劉清