Verilog Functions meistern für effizientes RTL-Design

Oft findet man bestimmte Code-Stücke, die sich wiederholen und mehrmals im RTL aufgerufen werden. Sie verbrauchen meist keine Simulationszeit und können komplexe Berechnungen beinhalten, die mit unterschiedlichen Datenwerten durchgeführt werden müssen. In solchen Fällen kann man eine function deklarieren, den sich wiederholenden Code in die Funktion packen und ihr erlauben, das Ergebnis zurückzugeben. Dies reduziert die Zeilenanzahl im RTL drastisch, da man nun nur noch einen Funktionsaufruf tätigen und die Daten übergeben muss, auf denen die Berechnung basieren soll. Dies ist tatsächlich sehr ähnlich zu Funktionen in C.

Der Zweck einer Funktion ist es, einen Wert zurückzugeben, der in einem Ausdruck verwendet wird. Eine Funktionsdefinition beginnt immer mit dem Schlüsselwort function, gefolgt vom Rückgabetyp, Namen und einer Port-Liste in Klammern. Verilog erkennt, dass eine Funktionsdefinition vorbei ist, wenn es das Schlüsselwort endfunction findet. Beachten Sie, dass eine Funktion mindestens einen Input deklariert haben muss und der Rückgabetyp void sein wird, wenn die Funktion nichts zurückgibt.

Syntax

function [automatic] [return_type] name ([port_list]);
  [statements]
endfunction

Das Schlüsselwort automatic macht die Funktion reentrant (wiederbetretbar), und innerhalb der Task deklarierte Elemente werden dynamisch allokiert statt zwischen verschiedenen Aufrufen der Task geteilt. Dies ist nützlich für rekursive Funktionen und wenn dieselbe Funktion gleichzeitig von N Prozessen ausgeführt wird, wenn sie geforkt werden.

Funktionsdeklarationen

Es gibt zwei Möglichkeiten, Inputs einer Funktion zu deklarieren:

function [7:0] sum;
  input [7:0] a, b;
  begin
    sum = a + b;
  end
endfunction

function [7:0] sum (input [7:0] a, b);
  begin
    sum = a + b;
  end
endfunction

Rückgabe eines Wertes aus einer Funktion

Die Funktionsdefinition erstellt implizit eine interne Variable mit demselben Namen wie die Funktion. Daher ist es illegal, eine weitere Variable desselben Namens im Gültigkeitsbereich der Funktion zu deklarieren. Der Rückgabewert wird initialisiert, indem das Funktionsergebnis der internen Variable zugewiesen wird.

sum = a + b;

Funktionsaufruf

reg [7:0] result;
reg [7:0] a, b;
initial begin
  a = 4;
  b = 5;
  #10 result = sum (a, b);
end

module tb;
  initial begin
    integer result = factorial(4);
    $display("factorial(4) = %0d", result);
  end
  
  function automatic integer factorial(integer i);
    integer result = i;
    // Diese Funktion wird innerhalb des Körpers dieser
    // Funktion mit einem anderen Argument aufgerufen
    if (i) begin
      result = i * factorial(i-1);
      $display("i=%0d result=%0d", i, result);
    end else
      result = 1;
    return result;
  endfunction
endmodule

xcelium> run
i=1 result=1
i=2 result=2
i=3 result=6
i=4 result=24
factorial(4) = 24
xmsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete