在SpinalHDL中如何优雅地实现寄存器总线读写

对于FPGA系统设计里，寄存器控制通道的设计是系统控制中必不可少的部分。今日且看SpinalHDL中如何优雅地实现寄存器总线读写。

Bus Slave Factory

在SpinalHDL里，其Libraries里提供了关于总线相关的库。包含AMBA3、AMBA4、AVALON等总线类型，并提供了bus slave factory工具：

通过bus slave factory，我们可以方便地实现寄存器读写，其提供了一系列寄存器读写方法。这里列举几个常用的方法（完整的方法列表可参照SpinalHDL-Doc）：

read（that，address，bitOffset）

注册寄存器读操作到指定地址，比特偏移为bitOffset 。

write（that，address，bitOffset）

注册寄存器写操作到指定地址，比特偏移为bitOffset。

readAndWrite（that，address，bitOffset）

注册寄存器读写操作到指定地址，比特偏移为bitOffset 。

readMultiWord（that，address）

注册大位宽寄存器（超过总线数据位宽）读操作到指定地址，其中address地址存放对应低比特，高比特地址向上累加。

writeMultiWord（that，address）

注册大位宽寄存器（超过总线数据位宽）写操作到指定地址，其中address地址存放对应低比特，高比特地址向上累加。

除此之外，bus slave factory还提供了printDataModel函数用于打印寄存器列表。而且在生成RTL时，其会自动检测寄存器地址是否存在冲突。

AXI4-Lite总线实现

这里以AXI4-Lite总线举例，通过AXI4-Lite总线读写三组寄存器：

en：单比特信号，可读可写。

plus：单比特信号，可读写，写1自动清零。

cnt：64比特信号，可读。

这里给出完整的代码结构：

这里代码5～10行代码声明模块端口，第12行代码规范AXI4-Lite端口名称。代码第15～18行通过slave factory实现AXI4-Lite寄存器读写。代码第19行打印输出寄存器列表。

由于plus写1清零，因此代码14行用于实现清零操作。

通过下面的语法生成RTL代码：

在生成RTL代码的同时，会打印寄存器列表：

仿真结果

SpinalHDL里提供了AXI4-Lite总线的基础仿真库，这里直接调用其仿真库，完整的仿真代码如下：

通过gtkWave观察波形：

可以看到，功能符合我们的设计，写寄存器0x4信号plus拉高1个时钟周期后自动清零。 这里简单几行代码实现了AXI4-Lite总线控制寄存器读写，对于我们在真正的项目实现里，能够极大简化我们的工作量和bug产生。尽管现在各个大厂或许有专门的总线控制寄存器读写代码生成工具，但SpinalHDL这种形式从本质上解决了Verilog描述的重复性工作。

写在最后

虽然SpinalHDL这种slave factory工具能够让我们在工程中快捷的实现想要的功能，但对于初学者来说，理解掌握AXI4-Lite这些标准的总线协议时序还是非常有必要的（Verilog or SpinalHDL实现都行喽）～
编辑：lyn