verilog 和system verilog 文件操作
1. 文件操作
Verilog具有系统任务和功能，可以打开文件、将值输出到文件、从文件中读取值并加 载到其他变量和关闭文件。
1.1 Verilog文件操作
1.1.1 打开和关闭文件
module tb; // 声明一个变量存储 file handler integer fd; initial begin // 以写权限打开一个文件名为 "my_file.txt" 的新文件，并将文件柄指针存储在变量"fd"中 fd = $fopen("my_file.txt", "w"); // 关闭指向 "fd"的文件柄 $fclose(fd); end endmodule
文件操作选项：
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Argument |
Description |
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"r" or "rb" |
可读方式打开 |
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"w" or "wb" |
创建用于写入的新文件。如果文件存在，则将其截断为零长度并覆盖 |
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"a" or "ab" |
如果文件存在，追加(在EOF时打开以写入)，否则创建一个新文件 |
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"r+", "r+b" or "rb+" |
可读可写方式打开 |
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"w+", "w+b" or "wb+" |
截断或创建以进行更新 |
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"a+", "a+b", or "ab+" |
在EOF处追加或创建新文件进行更新 |
1.1.2写文件
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Function |
Description |
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$fdisplay |
Similar to $display, writes out to file instead |
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$fwrite |
Similar to $write, writes out to file instead |
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$fstrobe |
Similar to $strobe, writes out to file instead |
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$fmonitor |
Similar to $monitor, writes out to file instead |
上述每个系统函数都以基数十进制打印值。它们还有其他三个版本，可以以二进制、八进制 和十六进制打印值。
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Function |
Description |
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$fdisplay() |
Prints in decimal by default |
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$fdisplayb() |
Prints in binary |
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$fdisplayo() |
Prints in octal |
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$fdisplayh() |
Prints in hexadecimal |
integer handle1； initial begin handel1=$fopen("picture_out.txt","w"); forever @(posedge clk) begin if(PicInHEnd &PicInVEnd) begin $fclose(handle1); $finish; end end end always@(posedge clk) begin if( PicOutVld ) begin if(PicInHEnd) $fwrite(handle1,"%h",PicInData,"\n"); else $fwrite(handle1,"%h",PicInData,"\n"); end end
使用方法如下：
module tb; integer fd; integer i; reg [7:0] my_var; initial begin // Create a new file fd = $fopen("my_file.txt", "w"); my_var = 0; $fdisplay(fd, "Value displayed with $fdisplay"); #10 my_var = 8'h1A; $fdisplay(fd, my_var); // Displays in decimal $fdisplayb(fd, my_var); // Displays in binary $fdisplayo(fd, my_var); // Displays in octal $fdisplayh(fd, my_var); // Displays in hex // $fwrite does not print the newline char '' automatically at // the end of each line; So we can predict all the values printed // below to appear on the same line $fdisplay(fd, "Value displayed with $fwrite"); #10 my_var = 8'h2B; $fwrite(fd, my_var); $fwriteb(fd, my_var); $fwriteo(fd, my_var); $fwriteh(fd, my_var); // Jump to new line with '', and print with strobe which takes // the final value of the variable after non-blocking assignments // are done $fdisplay(fd, "Value displayed with $fstrobe"); #10 my_var <= 8'h3C; $fstrobe(fd, my_var); $fstrobeb(fd, my_var); $fstrobeo(fd, my_var); $fstrobeh(fd, my_var); #10 $fdisplay(fd, "Value displayed with $fmonitor"); $fmonitor(fd, my_var); for(i = 0; i < 5; i= i+1) begin #5 my_var <= i; end #10 $fclose(fd); end endmodule
1.1.3 读取文件
1.文件读取：$fscanf和 $readmemh，其中$readmemh的作用是件文件中的数据一次性的读入某个数组中，然后依次从数组中取出1个数据进行处理；而$fscanf的作用是从文件中读出一行的数据。
在 Verilog 中，$fscanf 函数用于从文件中读取格式化的数据。它的语法如下：
$fscanf(file, format, variable);
其中：
file是一个整数变量，表示要读取的文件句柄。format是一个字符串，指定读取数据的格式。variable是一个变量，用于存储从文件中读取的数据。
$fscanf 函数将根据指定的格式从文件中读取数据，并将其存储在变量中。以下是一些常见的格式说明符：
%h: 十六进制表示的整数。%d: 十进制表示的整数。%b: 二进制表示的整数。%f: 浮点数。
以下是一个示例，演示如何使用 $fscanf 函数从文件中读取十六进制数：
module file_reader; reg [7:0] data; reg clk; integer file; initial begin // 打开文件 file = $fopen("input.txt", "r"); if (file == 0) begin $display("无法打开文件"); $finish; end // 模拟时钟 clk = 0; forever #5 clk = ~clk; end always @(posedge clk) begin // 读取文件中的数据 if (!$feof(file)) begin $fscanf(file, "%h", data); $display("读取数据：%h", data); end else begin $display("文件读取完毕"); $fclose(file); $finish; end end endmodule
在此例中，Verilog 模块 file_reader 使用 $fopen 函数打开名为 "input.txt" 的文件，并按照每个时钟周期读取文件中的数据。使用 $fscanf 函数从文件中读取十六进制数，并使用 $display 函数打印读取到的数据。每当读取到一个数据时，它将使用 $display 函数打印出来。当文件读取完毕时，它将关闭文件并结束仿真。 请确保在使用此代码之前，将文件 "input.txt" 放在与 Verilog 源代码相同的目录中，并在文件中包含要读取的数据。
2. $readmemh
在 Verilog 中，$readmemh 是一个系统任务，用于从文件中读取十六进制数据并将其加载到内存中。它的语法如下： $readmemh(filename, memory); 其中： filename 是一个字符串，表示要读取的文件名。 memory 是一个内存数组或寄存器数组，用于存储从文件中读取的数据。 $readmemh 任务会打开指定的文件，并按行读取文件中的十六进制数据。它会将数据加载到 memory 数组中，每行数据对应数组的一个元素。 以下是一个示例，演示如何使用 $readmemh 任务从文件中读取十六进制数据： module file_reader; reg [7:0] memory [0:9]; // 定义一个包含10个元素的内存数组 initial begin $readmemh("input.txt", memory); // 从文件中读取数据并加载到内存数组中 // 打印内存数组中的数据 for (integer i = 0; i < 10; i = i + 1) begin $display("memory[%0d] = %h", i, memory[i]); end $finish; end endmodule
在此示例中，我们通过 $readmemh 任务从文件 "input.txt" 中读取数据，并将其加载到内存数组 memory 中。然后，我们使用循环打印出 memory 数组中的数据。 "input.txt" 需要放在与 Verilog 源代码相同的目录中，并在文件中包含要读取的十六进制数据（每行一个）。
3.使用 Verilog 的fget函数输入文件读取功能，逐行读取文件内容并将其存储在寄存器或内存中。
4.读取一行：系统函数 $fgets 从 [hl]fd[/hd] 指定的文件中将字符读入变量 str 直到 str 被填满，或者读取换行符并传输到 str，或者遇到 EOF 条件。如果在读取过程中发生错误，则返回代码零。否则返回读取的字符数。以下是一个示例代码，演示如何逐行读取文件并将其存储在寄存器中：
module file_reader; reg [7:0] data [0:9]; // 定义一个包含10个元素的寄存器数组 reg [7:0] temp; integer file; integer line_num; initial begin // 打开文件 file = $fopen("input.txt", "r"); if (file == 0) begin $display("无法打开文件"); $finish; end line_num = 0; // 逐行读取文件 while (!$feof(file)) begin $fgets(temp, file); data[line_num] = temp; // 将读取到的数据存储在寄存器中 line_num = line_num + 1; end $fclose(file); // 打印寄存器中的数据 for (integer i = 0; i < 10; i = i + 1) begin $display("data[%0d] = %h", i, data[i]); end $finish; end endmodule
在此示例中，我们定义了一个包含10个元素的寄存器数组 data，用于存储从文件中读取的每一行数据。我们使用 $fgets 函数逐行读取文件，并将读取到的数据存储在 temp 变量中。然后，将 temp 的值存储在 data 数组的相应索引位置上。最后，我们使用循环打印出 data 数组中的数据。
请确保在使用此代码之前，将文件 "input.txt" 放在与 Verilog 源代码相同的目录中，并在文件中包含要读取的数据。
1.1.3.1 检测 EOF
当找到 EOF 时，系统函数 $feof 返回一个非零值，否则对于给定的文件描述符作为参数返回零。
module tb; reg[8*45:1] str; integer fd; initial begin fd = $fopen("my_file.txt", "r"); // Keep reading lines until EOF is found while (! $feof(fd)) begin // Get current line into the variable 'str' $fgets(str, fd); // Display contents of the variable $display("%0s", str); end $fclose(fd); end endmodule
1.1.3.2 fdisplay 的多个参数
当给$fdisplay多个变量时，它只是按给定的顺序一个接一个地打印所有变量，没有空格。
module tb; reg [3:0] a, b, c, d; reg [8*30:0] str; integer fd; initial begin a = 4'ha; b = 4'hb; c = 4'hc; d = 4'hd; fd = $fopen("my_file.txt", "w"); $fdisplay(fd, a, b, c, d); $fclose(fd); end endmodule
1.1.4 将数据格式化为字符串
系统函数中的第一个参数 $sformat 是放置结果的变量名。第二个参数是format_string，它告诉如何将以下参数格式化为字符串。
module tb; reg [8*19:0] str; reg [3:0] a, b; initial begin a = 4'hA; b = 4'hB; // Format 'a' and 'b' into a string given // by the format, and store into 'str' variable $sformat(str, "a=%0d b=0x%0h", a, b); $display("%0s", str); end endmodule
1.2 sv文件操作
System Verilog 允许我们读取和写入磁盘中的文件。
1.2.1 打开关闭文件
可以使用 $fopen() 系统任务打开文件进行读取或写入。该任务将返回一个称为文件描述符的 32位整数句柄。这个句柄应该用于读取和写入该文件，直到它被关闭。文件描述符可以用$fclose() 系统任务关闭。一旦文件描述符关闭，就不允许进一步读取或写入文件描述符。
例子：在下面显示的代码中，我们将声明一个名为 fd的int变量来保存文件描述符。 fd 最初为零，并从$fopen()中获取有效值，可以检查文件是否成功打开。该文件最终在执行$fclose()时关闭。
module tb; initial begin // 1. Declare an integer variable to hold the file descriptor int fd; // 2. Open a file called "note.txt" in the current folder with a "read permission // If the file does not exist, then fd will be zero fd = $fopen ("./note.txt", "r"); if (fd) $display("File was opened successfully : %0d", fd); else $display("File was NOT opened successfully : %0d", fd); // 2. Open a file called "note.txt" in the current folder with a "write permission // "fd" now points to the same file, but in write mode fd = $fopen ("./note.txt", "w"); if (fd) $display("File was opened successfully : %0d", fd); else $display("File was NOT opened successfully : %0d", fd); // 3. Close the file descriptor $fclose(fd); end endmodule
在仿真结束之前关闭所有打开的文件以将内容完全写入文件很重要。
1.2.2 以读取和附加模式打开
默认情况下，文件以写入 w 模式打开。通过提供正确的模式类型，也可以在其他模式下打开文件。下表显示了可以打开文件的所有不同模式。
例子:在下面的代码中，我们将看到如何使用上表中描述的不同文件访问模式。
module tb; initial begin int fd_w, fd_r, fd_a, fd_wp, fd_rp, fd_ap; fd_w = $fopen ("./todo.txt", "w"); // Open a new file in write mode a fd_r = $fopen ("./todo.txt", "r"); // Open in read mode fd_a = $fopen ("./todo.txt", "a"); // Open in append mode if (fd_w) $display("File was opened successfully : %0d", fd_w); else $display("File was NOT opened successfully : %0d", fd_w) if (fd_r) $display("File was opened successfully : %0d", fd_r); else $display("File was NOT opened successfully : %0d", fd_r) if (fd_a) $display("File was opened successfully : %0d", fd_a); else $display("File was NOT opened successfully : %0d", fd_a) // Close the file descriptor $fclose(fd_w); $fclose(fd_r); $fclose(fd_a); end endmodule
从下面的日志可以看出，这三个变量都有不同的值，每个变量都指向同一个文件，但访问权限不同。
1.2.3 读取和写入文件
文件应以写入 w 模式或附加 a 模式打开。系统任务如 $fdisplay() 和 $fwrite() 可用于将格式化字符串写入文件。这些任务的第一个参数是文件描述符句柄，第二个参数是要存储的数据。 要读取文件，必须以读取 r 模式或读写 r+ 模式打开它。 $fgets() 是一个系统任务，它 将从文件中读取一行。如果这个任务被调用 10 次，那么它将读取 10 行。
例子:下面显示的代码演示了如何使用 $fdisplay() . 然后以读取模式打开文件，并使用 $fgets() 本地变量将内容读回。然后使用标准显示任务$display()打印出来。
module tb; int fd; // Variable for file descriptor handle string line; // String value read from the file initial begin // 1. Lets first open a new file and write some contents into it fd = $fopen ("trial", "w"); // Write each index in the for loop to the file using $fdisplay // File handle should be the first argument for (int i = 0; i < 5; i++) begin $fdisplay (fd, "Iteration = %0d", i); end // Close this file handle $fclose(fd); // 2. Let us now read back the data we wrote in the previous step fd = $fopen ("trial", "r"); // Use $fgets to read a single line into variable "line" $fgets(line, fd); $display ("Line read : %s", line); // Get the next line and display $fgets(line, fd); $display ("Line read : %s", line); // Close this file handle $fclose(fd); end endmodule
1.2.4 阅读直到文件结束
在前面的示例中，我们 $fgets() 两次使用系统任务从文件中读取两行。SystemVerilog 有 另一个任务调用 $feof() ，当到达文件末尾时返回 true。这可以在循环中使用，如下所示以读取文件的全部内容。
例子
module tb; int fd; // Variable for file descriptor handle string line; // String value read from the file initial begin // 1. Lets first open a new file and write some contents into it fd = $fopen ("trial", "w"); for (int i = 0; i < 5; i++) begin $fdisplay (fd, "Iteration = %0d", i); end $fclose(fd); // 2. Let us now read back the data we wrote in the previous step fd = $fopen ("trial", "r"); while (!$feof(fd)) begin $fgets(line, fd); $display ("Line: %s", line); end // Close this file handle $fclose(fd); end endmodule
1.2.5 解析值的行
SystemVerilog 有另一个名为的系统任务 $fscanf() ，它允许我们扫描并获取某些值。
例子
module tb; int fd; // Variable for file descriptor handle int idx; string str; initial begin // 1. Lets first open a new file and write some contents into it fd = $fopen ("trial", "w"); for (int i = 0; i < 5; i++) $fdisplay (fd, "Iteration = %0d", i); $fclose(fd); // 2. Let us now read back the data we wrote in the previous step fd = $fopen ("trial", "r"); // fscanf returns the number of matches while ($fscanf (fd, "%s = %0d", str, idx) == 2) begin $display ("Line: %s = %0d", str, idx); end // Close this file handle $fclose(fd); end endmodule
1.2.6 多通道文件描述符
mcd是一个 32 位压缩数组值，其中设置了一个位，指示打开哪个文件。mcd 的 LSB 总是指 标准输出。输出被定向到使用多通道描述符打开的两个或多个文件，方法是将它们的mcd按 位或运算在一起，并写入结果值。
1.3 范围解析运算符::
范围解析运算符 :: 用于引用类范围内的标识符。 范围解析运算符 :: 的左侧应该是类类型名称、包名称、覆盖组类型名称、覆盖点或交叉名称、 typedef 名称。运算符的右侧应该是一个标识符，如变量或方法名称。
1.3.1 使用范围解析运算符原因
类和其他作用域可以具有相同的标识符名称，并且如果在未指定作用域的情况下被引用，则可能会产生命名空间冲突。范围解析运算符 :: 唯一标识给定类的成员或参数。 它们还用于从类外部访问类的静态变量和方法、参数和局部参数。它还允许从子类中访问基类的公共和受保护成员。
1.3.2 例子
1.3.2.1 定义外部函数
class ABC; int data; extern virtual function void display(); endclass // Definition of an external function using scope // resolution operator function void ABC::display(); $display("data = 0x%0h", data); endfunction module tb; initial begin ABC abc = new(); abc.data = 32'hface_cafe; abc.display(); end endmodule
1.3.2.2 访问静态方法和函数
class ABC; static int data; static function void display(); $display("data = 0x%0h", data); endfunction endclass module tb; initial begin ABC a1, a2; // Assign to static variable before creating // class objects, and display using class_type and // scope resolution operator ABC::data = 32'hface_cafe; ABC::display(); a1 = new(); a2 = new(); $display ("a1.data=0x%0h a2.data=0x%0h", a1.data, a2.data); end endmodule
1.3.2.3 使用包
package my_pkg; typedef enum bit {FALSE, TRUE} e_bool; endpackage module tb; bit val; initial begin // Refer to types that have been declared // in a package. Note that package has to // be included in compilation but not // necessarily "imported" val = my_pkg::TRUE; $display("val = 0x%0h", val); end endmodule
1.3.2.4 避免命名空间冲突
package my_pkg; typedef enum bit {FALSE, TRUE} e_bool; endpackage import my_pkg::*; module tb; typedef enum bit {TRUE, FALSE} e_bool; initial begin e_bool val; // Be explicit and say that TRUE from my_pkg // should be assigned to val val = my_pkg::TRUE; $display("val = 0x%0h", val); // TRUE from current scope will be assigned to // val val = TRUE; $display("val = 0x%0h", val); end endmodule
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