硬件开源编程利器MyHDL简介

硬件开源编程利器MyHDL简介

Verilog缺点

自从1995年Verilog HDL 1364-1995标准发布至今已经20多年了，说他经久不衰并不恰当，主要是没有新的语言可以替代，现今数字电路高速发展，Verilog的一些缺点暴露的越来越多，下面总结一下：

借用知乎上“马車”的观点：

例化不方便：有人会说，有辅助插件帮你完成 (确实有很多好的插件，emacs verilog-mode , vim 的autoinst) 即便这样，但是对带参数的模块例化, 一对多例化同样需要手动处理，非常不方便

大量的重复声明：无休止的变量声明，无休止的位宽声明，容易出错, 作为一门上古时期的语言，对编译器不能要求太高

函数不能带参数：verilog中函数的使用只能是零零星星，哪怕是一个位宽的变化都要重写函数, 作为一门语言函数不能广泛使用，实为鸡肋

参数化实在是笨：虽然支持参数化，parameter 也只能做一些简单的加减左移操作, 没有基本math包。利用宏做参数化，对于变量比较多的设计，非常复杂，并且也不好维护

错误检测很弱：编译工具对错误的处理比较保守, 这种保守可能也源于语言本身，以及编译器的能力不及。

以下问题需要工程师自己处理

位宽不匹配

input/output端口写反

饱和截位弄错

跨时钟域问题锁存器检查组合逻辑环自己查....

基于前仿的编译，会遗漏大量的错误，必须要Lint, 综合检查, 费时费力又费钱。

重构、增减信号,Bist/DFT逻辑插入麻烦

需要手动处理, 编写脚本, 即便是脚本也不通用

（内容来源：https://www.zhihu.com/question/440688150 作者：温戈 公众号：OpenIC）

基于以上各种各样的缺点，一些基于Verilog语言的第三方语言（本质仍然是HDL）陆续出现，像SpinalHDL，Chisel和本文的主角MyHDL都是这类语言，关于SpinalHDL，Chisel请查看（https://www.zhihu.com/question/440688150）

MyHDL介绍

你能想象有一天能用Python编写“硬件”吗？

（本系列基于MyHDL 0.10.0 版 on Python3）

译自 http://docs.myhdl.org/en/stable/manual/intro.html

MyHDL项目的目标是通过python语言的优雅和简洁性来增强硬件设计者的能力。

MyHDL是一种免费、开源的软件包，用于使用python作为硬件描述和验证语言。python是一种非常高级的语言，硬件设计者可以利用它的全部力量来建模和仿真他们的设计。此外，可以将设计转换为verilog或vhdl语言。这提供了一个融入传统设计流程的切入口。

建模

python的强大和清晰性使MyHDL成为高层次建模的理想解决方案。python以为复杂建模问题提供优雅解决方案而闻名。此外，python对于快速应用程序开发和试验是非常优秀的。

MyHDL背后的关键思想是使用python生成器来建模硬件并发性。生成器最好被描述为可（从暂停状态中）恢复函数。MyHDL生成器类似于verilog的always块和vhdl中的过程。

一个硬件模块(MyHDL术语中的块)建模为返回生成器的函数。这种方法使支持诸如任意层次结构、命名端口关联、实例数组和条件实例化等特性变得简单明了。此外，MyHDL提供了实现传统硬件描述概念的类。它提供了一个信号类来支持生成器之间的通信、支持面向位操作的类以及枚举类型类。

仿真与验证

内置仿真器运行在python解释器的顶部。它支持通过观看波形来跟踪vcd文件中的信号变化。

使用MyHDL，python单元测试框架可以用于硬件设计。虽然单元测试是一种流行的现代软件验证技术，但在硬件设计领域还是比较少见的。

MyHDL还可以作为verilog设计的硬件验证语言，通过与传统的hdl模拟器进行仿真。

转换为Verilog语言与VHDL语言

遵从一定的限制后，可将MyHDL设计转换为verilog语言或vhdl语言，这是切入传统设计流程的一条路径，包括综合和实现。可转换子集受到限制，但比标准可综合子集要宽得多。它包括可用于高层次建模和test benches的功能。

转换器处理一个已完全解析的设计实例。因此，原有的设计结构可以任意复杂。此外，转换限制仅适用于生成器内部的代码。除了外部生成器，python的能力可以充分释放，而不影响可转换性。

最后，转换器自动地实现了许多用verilog或vhdl编写困难的任务。一个显著点是自动处理有符号算术问题。