SystemVerilog

SystemVerilog — язык описания и верификации аппаратуры, являющийся расширением языка Verilog.

SystemVerilog
Класс языка	структурная (дизайн); объектно-ориентированная (верификация)
Появился в	2002
Автор	Институт инженеров электротехники и электроники
Расширение файлов	.sv
Выпуск	IEEE 1800-2023 (2024-02-28)
Система типов	статическая, weak
Испытал влияние	Verilog, Vera

SystemVerilog был создан на базе языков Superlog (Accellera, 2002). Значительная часть функциональности, связанной с верификацией была взята из языка OpenVera (Synopsys). В 2005 SystemVerilog был принят как стандарт IEEE 1800—2005.

В 2009 стандарт 1800—2005 был объединен с стандартом языка Verilog (IEEE 1364—2005), и была принята версия SystemVerilog — стандарт IEEE 1800—2009.

SystemVerilog может применяться для описания RTL как расширение языка Verilog-2005. Для верификации используется объектно-ориентированная модель программирования.

Конструкции для описания аппаратуры

Новые типы данных

SystemVerilog поддерживает все типы данных имеющиеся в Verilog и добавляет много новых типов данных.

Целочисленные типы данных. SystemVerilog предоставляет новые типы данных:

• bit (1 бит)
• byte (8 бит)
• shortint (16 бит)
• int (32 бит)
• longint (64 бит)

Эти типы данных принимают два состояния: 0 и 1. В отличие от соответствующих Verilog типов (например reg или integer) они не могут принимать значения 'X' и 'Z', что позволяет ускорить симуляцию.

Многомерный упакованный массив является расширением и обобщением памяти в Verilog:

logic [1:0][2:0] my_pack[32];

Перечисляемый тип позволяет задать числовым константам имена, например:

typedef enum logic [2:0] {
   RED, GREEN, BLUE, CYAN, MAGENTA, YELLOW
} color_t;

color_t   my_color = GREEN;
initial $display("The color is %s", my_color.name());

В этом примере logic[2:0] используется как базовый тип.

Структуры и объединения используются также как в языке C. Дополнительно к Verilog, SystemVerilog добавляет два новых атрибута: packed и tagged. Атрибут packed (упакованный) означает что все члены структуры хранятся компактно в памяти, без промежутков (то есть компилятор не может делать их выравнивание):

typedef struct packed {
    bit [10:0]  expo;
    bit         sign;
    bit [51:0]  mant;
} FP;

FP zero = 64'b0;

Атрибут tagged позволяет контроль того, какой член объединения используется в каждый момент при исполнение программы.

Процесс-блоки

Verilog предоставляет always процесс-блок, который в зависимости от контекста может описывать разные типы аппаратуры. Для того, чтобы описать тип аппаратуры в явном виде, SystemVerilog добавляет 3 новых процесс-блока: always_comb, always_ff, и always_latch.

Блок always_comb позволяет моделировать комбинационную логику. Список чувствительности блока содержит все переменные используемые внутри блока.

always_comb begin
    tmp = b * b - 4 * a * c;
    no_root = (tmp < 0);
end

Блок always_ff позволяет описывать синхронную последовательностную логику, например триггеры:

always_ff @(posedge clk)
    q <= reset ? 0 : d;

Одноступенчатые триггеры со статическим управлением (защёлки) описываются с помощью always_latch блоков:

always_latch
    if (enable) q <= d;

Интерфейсы

Для небольших систем внешние связи модуля компактно описываются с помощью Verilog портов. Однако крупные блоки внутри большой системы обычно содержат несколько тысяч портов. SystemVerilog предоставляет механизм интерфейсов (interface) для того, чтобы сгруппировать порты, а также чтобы избежать дублирования при определении портов. Кроме этого, интерфейсы могут содержать конструкцию modport, которая специфицирует направление соединений. Например:

interface intf;
  logic a;
  logic b;
  modport in (input a, input b);
  modport out (output a, output b); 
endinterface

module top;
  intf i ();
  u_a m1 (.i1(i));
  u_b m2 (.i2(i));
endmodule

module u_a (intf.in i1);
    assign x = i1.a;
    assign y = i1.b;
endmodule

module u_b (intf.out i2);
    assign i2.a = 1;
    assign i2.b = 0;
endmodule

Конструкции для верификации

Следующие конструкции не являются синтитезируемыми. Они используются для реализации тестового окружения, утверждений в тестируемом коде, а также для проверки покрытия кода.

Типы данных для верификации

Тип string может использоваться для обработки строк переменной длины, например:

string s1 = "Hello";
string s2 = "world";
string p = ".?!";
string s3 = {s1, ", ", s2, p[2]}; // конкатенация строк
$display("[%d] %s", s3.len(), s3); // Будет напечатано: "[13] Hello, world!"

Литература

• 1800-2009 IEEE Standard for System Verilog-Unified Hardware Design, Specification, and Verification Language

Ссылки

• SystemVerilog.ru
• Курс лабораторных работ по Verilog. Лабораторные работы по Verilog.
• Язык SystemVerilog. Проектирование СБИС и систем, А.Пеженков, Д.Радченко, Электроника НТБ. Выпуск #4/2006.
• SystemVerilog и улучшение отладки проектов, Иосиф Каршенбойм, «Компоненты и технологии», #1/2010.