Verilator Tutorial 5.xx

Verilator가 5.xx 버젼으로 업데이트가 되었길래 관련 내용을 끄적여본다. 

 

아래는 Verilator를 이용한 Tutorial이다. 이게 버젼 5.xx 부터는 개인 개발자뿐 아니라 여러 회사들까지 지원해서, 업그레이드가 되고 있는 것으로 보인다. 그리고, 이미 RISC-V등에서 Open source에서 사용하는 공식 simulator는 Verilator이기도 하고, 5.xx에서는 UVM지원들을 진행중이니 관심있게 봐도 좋을듯하다. 

 

특징 

verilator는 일단 verilog simulator와는 다른 점이 몇개 있다. 

그중 하나는 cycle based simulator이다. 이 이야기는 #1 과 같은 delay구문이 동작하지 않고, 

단지 clock에 의해서만 구동이 된다. 즉, 미묘한 타이밍 변화는 허용하지 않고 clock based로만 돌기때문에, 

속도가 매우 빠르다. 이게 Thread수를 늘리면 왠만한 상용툴보다가도 더 빠르다고한다. 

그래서 이부분은 약간 주의가 필요하며, 기존에 Verilog작성과도 차이가 있기때문에 이부분에 신경을 써야한다. 

마찬가지로 icarus verilog는 cycle based simulator가 아니기 때문에 #1과 같은 구문이 동작한다.

 

우분투에서 verilator 5.xx를 최신으로 업데이트하고

이제, 기본적인 D FlipFlop을 테스트하는 예제를 작성해본다.  (아래 내용들은 linux기반에서 작성된 내용들이다)

module dff (
    input wire clk,
    input wire rst,
    input wire d,
    output reg q
);

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if (rst)
        q <= 1'b0;
    else
        q <= d;
end

endmodule

 

test bench는 아래와 같이 임의로 작성하였다. 

module tb_dff(

    input clk, 
    input rst,
    output q,
    input d

);

    // D-Flip-Flop 인스턴스화
    dff u_d_ff(
        .clk(clk),
        .rst(rst),
        .d(d),
        .q(q)
    );
endmodule

 

simulation을 위한 파일을 다음과 같이 컴파일한다. 여기에 vcd dump를 위해서 --trace 옵션을 추가한다. 

verilator -Wall -cc --trace dff.v tb_dff.v --exe sim_main.cpp

 

아래는 sim_main.cpp 파일이다. 여기에도 마찬가지로 vcd를 덤프를 받기위해서 관련 구문들을 추가한다. 

verilator는 앞서 설명한 cycle based simulator이기때문에 아래와 같은 c-bench를 이용해서 구동을 한다. 

그래서 약간은 아래와 같은 C로 구동되는 부분에 대해서도 익숙해질 필요는 있어 보인다. 

#include "Vtb_dff.h"
#include "verilated.h"
#include "verilated_vcd_c.h"

int main(int argc, char **argv) {
    Verilated::commandArgs(argc, argv);
    Vtb_dff* top = new Vtb_dff;
    Verilated::traceEverOn(true);

    VerilatedVcdC* tfp = new VerilatedVcdC;
    top->trace(tfp, 99);
    tfp->open("d_ff_tb.vcd");

    vluint64_t time = 0;
    const vluint64_t sim_time = 100;

    while (time < sim_time) {
        if (time < 5) {
            top->rst = 1;
            top->d = 0;
        } else {
            top->rst = 0;
            //top->d = time % 2;
            //top->d = !top->q;
        }

        top->clk = time % 2;  // Clock toggle
        top->d = !top->q;
        top->eval();
        tfp->dump(time);
        time++;
    }

    tfp->close();
    delete tfp;
    delete top;
    return 0;
}

 

 

verilator로 아래와 같이 실행파일을 만들고, 이를 수행한다. synopsys의 VCS와 수행법이 약간 비슷하다.

make -j -C obj_dir/ -f Vtb_dff.mk Vtb_dff
obj_dir/Vtb_dff

 

아래 수행한 결과는 gtkwave 로 파형을 열어본다. 상용툴보다는 못하지만, 이정도는 뭐 괜찮지 않을듯 싶다.