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利用Python生成module instance

电子工程师 来源:博客园 作者:博客园 2022-08-10 11:18 次阅读

	

一、前言

之前写过一篇关于利用Python生成module instance的文章,现直接在这篇文章基础上修改完善。作为一名IC验证工程师公司经常写些脚本,自己在这方面的功底也提高了不少,再者有网友评论之前的脚本有不足之处,所以本文编写了一个进阶版的脚本,扩展性也比较强,方便大家使用。

二、代码设计

新添加的功能特性包括:

1 支持inout端口

2 支持多module文件中指定module的instance生成(不指定则默认与文件名一致)

3 检查注释行

4 生成Instance同时提供端口参数注释,包括端口方向和位宽

5 可选同时生成端口连接信号及其声明

因为提供了上述特性,代码逻辑较基础版更为复杂点。整个生成过程分为三个阶段:获得指定module的代码段,从中提取出端口信息以及按照指定工作模式生成instance文件。先上代码再加以说明:

基础版:

1 #!/usr/bin/python 2  3 import re 4 import os 5  6 #regex compile 7 regex_module = re.compile('(module)(s+)(w+)') 8  9 regex_ports = re.compile('''10 (input|output)        #011 (s+)                 #112 (wire|regs+)?        #213 ([w+-1:0]s+)?   #314 (w+)                 #415 ''',re.VERBOSE)       16 17 directory = os.getcwd()18 #open the design file19 file_design = input('Please enter the file name:')20 with open(directory+'/'+file_design,'r') as file_obj:21   comment = file_obj.read()22 23 #regex match module name24 module_obj = regex_module.search(comment)25 print(module_obj.group())26 #regex match ports name27 groups_ports = regex_ports.findall(comment)28 print('
number of ports:',len(groups_ports))29 30 #write the instantiation templete to an assigned file31 file_tb = input('Please enter the top file name:')32 with open(directory+'/'+file_tb,'a') as file_obj2:33   if module_obj is not None:34     file_obj2.write(module_obj.group(3)+' uut
(
')35 36     num = len(groups_ports)   37     for i in range(num):38       if i == num-1:39         file_obj2.write('.'+groups_ports[i][4]+'  ()
')40       else:41         file_obj2.write('.'+groups_ports[i][4]+'  (),
')42file_obj2.write(');
')

python_inst.py进阶版:

1 import re 2 import argparse 3 import os 4  5 class Rtl_generator: 6     def __init__(self): 7         self.extract_list=[] 8         self.info_list=[] 9         self.module_name = None10 11     @staticmethod12     def display_list_for_test(list_name):13         print('list :
')14         for unit in list_name:15             print(unit)16 17     def get_module_specified_lines(self,regex,file_name):18         print('input function: get_module_specified
')19         with open(file_name,'r') as file_obj:20             add_flag = 021             for line in file_obj:22                 line = line.strip()23                 if not line.startswith('//'):24                     re_head_obj = re.match(regex,line)25                     re_tail_obj = re.match(r'endmodule',line)26                     if re_head_obj is not None:27                         add_flag = 128                     elif add_flag == 1 and re_tail_obj is not None:29                         add_flag = 030                         break31                 else:32                     continue33 34                 if add_flag == 1:35                     self.extract_list.append(line)36 37     def extract_ports_info(self,regex_ports, regex_width):38         print('input function: get_ports_info
')39         for unit in self.extract_list:40             re_ports_obj = re.search(regex_ports,unit)41             if re_ports_obj is not None:42                 port_name = re_ports_obj.group(6)43                 port_direction = re_ports_obj.group(1)44                 port_width_str = re_ports_obj.group(4)45                 if port_width_str is None:46                     port_width = 147                 else:48                     #port_width = port_width_str49                     width_str = re.search(regex_width,port_width_str).group(2)50                     width_info_list = width_str.split(":")51                     high_str = width_info_list[0]52                     low_str = width_info_list[1]53                     if '-1' in high_str:54                         port_width = high_str.split("-")[0]55                     else:56                         high = int(high_str)57                         low = int(low_str)58                         port_width = high - low + 1 if high >= low else low - high + 159                 port_info = {'name':port_name,'direct':port_direction,'width':port_width}60                 self.info_list.append(port_info)61 62 63     def gen_module_instance(self,filename,mode):64         print('input function: gen_module_instance')65         ports_num = len(self.info_list)66         line_list = []67         line_list.append('module wrapper();')68         if mode == 'gen_inst_wc':69             for i in range(ports_num):70                 var_type = 'reg' if self.info_list[i]['direct'] == 'input' else 'wire'71                 line_list.append('{:<5} [{}-1:0] {};'.format(var_type,72                                                          self.info_list[i]['width'],73                                                          self.info_list[i]['name']))74             line_list.append('
')75         line_list.append('{} inst_name'.format(self.module_name))76         line_list.append('(')77         index = 078 79         for unit in self.info_list:80             if index == ports_num - 1:81                 post_fix = '//{:<15}width:{}'.format(unit['direct'], unit['width'])82             else:83                 post_fix = ',//{:<15}width:{}'.format(unit['direct'], unit['width'])84             index+=185 86             if mode == 'gen_inst_wc':87                 line_list.append('.{:<30}{:<30}{}'.format(unit['name'], '('+unit['name']+')', post_fix))88             elif mode == 'gen_inst_only':89                 line_list.append('.{:<30}{:<5}{}'.format(unit['name'], '(' + ')', post_fix))90         line_list.append(');')91         line_list.append('endmodule
')92         with open(filename,'w') as file_obj:93             for line in line_list:94                 file_obj.write(line)95                 file_obj.write('
')96         print('generate instance finish')
rtl_generator.py
1 from rtl_generator import * 2 #import rtl_generator 3  4 mode_list = ['gen_inst_only','gen_inst_wc'] 5  6 def create_arg_parser(): 7     parser = argparse.ArgumentParser() 8     parser.add_argument("-filename",required=True) 9     parser.add_argument("-target",default='wrapper.v')10     parser.add_argument("-modulename")11     parser.add_argument("-mode",choices=mode_list,default=mode_list[0])12 13     options = parser.parse_args()14     return options15 16 def get_arg(options,option):17     if hasattr(options,option):18         arg = getattr(options,option)19         return arg20     else:21         return None22 23 def compile_regex(**key_args):24     regex_dict={}25     if 'module_head' in key_args.keys():26         regex_module_head = re.compile(r'''27         (modules+)28         (%s)29         ''' %(key_args['module_head']),re.VERBOSE)30         regex_dict['module_head'] = regex_module_head31 32     if 'module_ports' in key_args.keys():33         regex_module_ports = re.compile(r'''34         (output|input|inout)         #1 direction35         (s+)                         #236         (wire|reg)?                   #3 37         ([[w-:]+])?              #4  width38         (s+)?                        #539         (w+)                         #6   port name40         ''',re.VERBOSE)41         regex_dict['module_ports'] = regex_module_ports42 43     if 'width' in key_args.keys():44         regex_width = re.compile(r'''45         ([)46         ([w-:]+)47         (])48         ''',re.VERBOSE)49         regex_dict['width'] = regex_width50 51     return regex_dict52 53 rg = Rtl_generator()54 55 if __name__ == "__main__":56     options = create_arg_parser()57     #print(options)58     file_name_arg = get_arg(options,"filename")59     module_name_arg=get_arg(options,"modulename")60     work_mode_arg = get_arg(options,"mode")61     target_file_arg = get_arg(options,"target")62 63     (filepath,filename_we) = os.path.split(file_name_arg)64     (filename,ext) = os.path.splitext(filename_we)65 66     rg.module_name = filename if module_name_arg is None else module_name_arg67     print('file name:{}		module name:{}'.format(filename_we,rg.module_name))68 69     regex_dict = compile_regex(module_head=rg.module_name,module_ports=True,width=True)70     rg.get_module_specified_lines(regex_dict['module_head'],file_name_arg)71     #rg.display_list_for_test(rg.extract_list)72 73     rg.extract_ports_info(regex_dict['module_ports'],regex_dict['width'])74     #rg.display_list_for_test(rg.info_list)75 76     rg.gen_module_instance(target_file_arg,work_mode_arg)
inst_gen_app.py

在进阶版的脚本中采用了OOP特性,将相关的数据结构和function封装为Rtl_generator class。把命令行选项参数提取和正则表达式部分放在了inst_gen_app.py中完成。

根据生成逻辑中的三个阶段详细阐述内部原理:获取指定module代码段过程中,首先检测是否为注释行,若是则利用continue跳过,为有效行才进一步分析。利用add_flag指示是否检测到module头,若检测到则将代码行添加在extract_list里直至遇到endmodule停止。从module代码段中提取端口信息,使用regex_ports的各个group分离出端口名称、位宽以及方向部分字符串。其中位宽部分再次使用regex_width以及运算得到真实的位宽数值,很简单一看就懂不再赘述了。之后以字典的形式存储在info_list中。最后是生成Instance的部分,判断工作模式,若是默认的gen_inst_only则只产生Instance,若是gen_inst_wc,也就是generate instance with connections,那么在instance的端口上添加同名的连接信号以及该信号的声明,有木有太方便!

三、运行结果

最后我们来看下运行结果,这次在WINDOW的Pycharm环境下开发的,terminal和LINUX中的命令行用起来一样:

> python inst_gen_app.py -filename video_system_wrapper.v -mode gen_inst_wc -target testbench.sv

设计原文件与生成文件如下:

1 //Copyright 1986-2017 Xilinx, Inc. All Rights Reserved.  2 //--------------------------------------------------------------------------------  3 //Tool Version: Vivado v.2017.4 (win64) Build 2086221 Fri Dec 15 2039 MST 2017  4 //Date        : Sun Mar 22 1233 2020  5 //Host        : DESKTOP-CE32R3P running 64-bit major release  (build 9200)  6 //Command     : generate_target video_system_wrapper.bd  7 //Design      : video_system_wrapper  8 //Purpose     : IP block netlist  9 //-------------------------------------------------------------------------------- 10 `timescale 1 ps / 1 ps 11  12 module video_system_wrapper 13    (aclk_0, 14     aresetn_0, 15     camera_rstn, 16     din_0, 17     en_capture_0, 18     href_0, 19     locked_0, 20     m_axis_video_0_tdata, 21     m_axis_video_0_tlast, 22     m_axis_video_0_tready, 23     m_axis_video_0_tuser, 24     m_axis_video_0_tvalid, 25     overflow_0, 26     pclk_0, 27     s_axis_video_0_tdata, 28     s_axis_video_0_tlast, 29     s_axis_video_0_tready, 30     s_axis_video_0_tuser, 31     s_axis_video_0_tvalid, 32     status_0, 33     underflow_0, 34     vga_clk, 35     vid_io_out_0_active_video, 36     vid_io_out_0_data, 37     vid_io_out_0_field, 38     vid_io_out_0_hblank, 39     vid_io_out_0_hsync, 40     vid_io_out_0_vblank, 41     vid_io_out_0_vsync, 42     vid_io_out_reset_0, 43     vsync_0, 44     vtc_ctrl_araddr, 45     vtc_ctrl_arready, 46     vtc_ctrl_arvalid, 47     vtc_ctrl_awaddr, 48     vtc_ctrl_awready, 49     vtc_ctrl_awvalid, 50     vtc_ctrl_bready, 51     vtc_ctrl_bresp, 52     vtc_ctrl_bvalid, 53     vtc_ctrl_rdata, 54     vtc_ctrl_rready, 55     vtc_ctrl_rresp, 56     vtc_ctrl_rvalid, 57     vtc_ctrl_wdata, 58     vtc_ctrl_wready, 59     vtc_ctrl_wstrb, 60     vtc_ctrl_wvalid); 61   input aclk_0; 62   input aresetn_0; 63   output camera_rstn; 64   input [7:0]din_0; 65   input en_capture_0; 66   input href_0; 67   output locked_0; 68   output [23:0]m_axis_video_0_tdata; 69   output m_axis_video_0_tlast; 70   input m_axis_video_0_tready; 71   output m_axis_video_0_tuser; 72   output m_axis_video_0_tvalid; 73   output overflow_0; 74   input pclk_0; 75   input [23:0]s_axis_video_0_tdata; 76   input s_axis_video_0_tlast; 77   output s_axis_video_0_tready; 78   input s_axis_video_0_tuser; 79   input s_axis_video_0_tvalid; 80   output [31:0]status_0; 81   output underflow_0; 82   input vga_clk; 83   output vid_io_out_0_active_video; 84   output [23:0]vid_io_out_0_data; 85   output vid_io_out_0_field; 86   output vid_io_out_0_hblank; 87   output vid_io_out_0_hsync; 88   output vid_io_out_0_vblank; 89   output vid_io_out_0_vsync; 90   input vid_io_out_reset_0; 91   input vsync_0; 92   input [8:0]vtc_ctrl_araddr; 93   output vtc_ctrl_arready; 94   input vtc_ctrl_arvalid; 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video_system_wrapper.v

1 module wrapper();  2 reg   [1-1:0] aclk_0;  3 reg   [1-1:0] aresetn_0;  4 wire  [1-1:0] camera_rstn;  5 reg   [8-1:0] din_0;  6 reg   [1-1:0] en_capture_0;  7 reg   [1-1:0] href_0;  8 wire  [1-1:0] locked_0;  9 wire  [24-1:0] m_axis_video_0_tdata; 10 wire  [1-1:0] m_axis_video_0_tlast; 11 reg   [1-1:0] m_axis_video_0_tready; 12 wire  [1-1:0] m_axis_video_0_tuser; 13 wire  [1-1:0] m_axis_video_0_tvalid; 14 wire  [1-1:0] overflow_0; 15 reg   [1-1:0] pclk_0; 16 reg   [24-1:0] s_axis_video_0_tdata; 17 reg   [1-1:0] s_axis_video_0_tlast; 18 wire  [1-1:0] s_axis_video_0_tready; 19 reg   [1-1:0] s_axis_video_0_tuser; 20 reg   [1-1:0] s_axis_video_0_tvalid; 21 wire  [32-1:0] status_0; 22 wire  [1-1:0] underflow_0; 23 reg   [1-1:0] vga_clk; 24 wire  [1-1:0] vid_io_out_0_active_video; 25 wire  [24-1:0] vid_io_out_0_data; 26 wire  [1-1:0] vid_io_out_0_field; 27 wire  [1-1:0] vid_io_out_0_hblank; 28 wire  [1-1:0] vid_io_out_0_hsync; 29 wire  [1-1:0] vid_io_out_0_vblank; 30 wire  [1-1:0] vid_io_out_0_vsync; 31 reg   [1-1:0] vid_io_out_reset_0; 32 reg   [1-1:0] vsync_0; 33 reg   [9-1:0] vtc_ctrl_araddr; 34 wire  [1-1:0] vtc_ctrl_arready; 35 reg   [1-1:0] vtc_ctrl_arvalid; 36 reg   [9-1:0] vtc_ctrl_awaddr; 37 wire  [1-1:0] vtc_ctrl_awready; 38 reg   [1-1:0] vtc_ctrl_awvalid; 39 reg   [1-1:0] vtc_ctrl_bready; 40 wire  [2-1:0] vtc_ctrl_bresp; 41 wire  [1-1:0] vtc_ctrl_bvalid; 42 wire  [32-1:0] vtc_ctrl_rdata; 43 reg   [1-1:0] vtc_ctrl_rready; 44 wire  [2-1:0] vtc_ctrl_rresp; 45 wire  [1-1:0] vtc_ctrl_rvalid; 46 reg   [32-1:0] vtc_ctrl_wdata; 47 wire  [1-1:0] vtc_ctrl_wready; 48 reg   [4-1:0] vtc_ctrl_wstrb; 49 reg   [1-1:0] vtc_ctrl_wvalid; 50  51  52 video_system_wrapper inst_name 53 ( 54 .aclk_0                        (aclk_0)                      ,//input          width:1 55 .aresetn_0                     (aresetn_0)                   ,//input          width:1 56 .camera_rstn                   (camera_rstn)                 ,//output         width:1 57 .din_0                         (din_0)                       ,//input          width:8 58 .en_capture_0                  (en_capture_0)                ,//input          width:1 59 .href_0                        (href_0)                      ,//input          width:1 60 .locked_0                      (locked_0)                    ,//output         width:1 61 .m_axis_video_0_tdata          (m_axis_video_0_tdata)        ,//output         width:24 62 .m_axis_video_0_tlast          (m_axis_video_0_tlast)        ,//output         width:1 63 .m_axis_video_0_tready         (m_axis_video_0_tready)       ,//input          width:1 64 .m_axis_video_0_tuser          (m_axis_video_0_tuser)        ,//output         width:1 65 .m_axis_video_0_tvalid         (m_axis_video_0_tvalid)       ,//output         width:1 66 .overflow_0                    (overflow_0)                  ,//output         width:1 67 .pclk_0                        (pclk_0)                      ,//input          width:1 68 .s_axis_video_0_tdata          (s_axis_video_0_tdata)        ,//input          width:24 69 .s_axis_video_0_tlast          (s_axis_video_0_tlast)        ,//input          width:1 70 .s_axis_video_0_tready         (s_axis_video_0_tready)       ,//output         width:1 71 .s_axis_video_0_tuser          (s_axis_video_0_tuser)        ,//input          width:1 72 .s_axis_video_0_tvalid         (s_axis_video_0_tvalid)       ,//input          width:1 73 .status_0                      (status_0)                    ,//output         width:32 74 .underflow_0                   (underflow_0)                 ,//output         width:1 75 .vga_clk                       (vga_clk)                     ,//input          width:1 76 .vid_io_out_0_active_video     (vid_io_out_0_active_video)   ,//output         width:1 77 .vid_io_out_0_data             (vid_io_out_0_data)           ,//output         width:24 78 .vid_io_out_0_field            (vid_io_out_0_field)          ,//output         width:1 79 .vid_io_out_0_hblank           (vid_io_out_0_hblank)         ,//output         width:1 80 .vid_io_out_0_hsync            (vid_io_out_0_hsync)          ,//output         width:1 81 .vid_io_out_0_vblank           (vid_io_out_0_vblank)         ,//output         width:1 82 .vid_io_out_0_vsync            (vid_io_out_0_vsync)          ,//output         width:1 83 .vid_io_out_reset_0            (vid_io_out_reset_0)          ,//input          width:1 84 .vsync_0                       (vsync_0)                     ,//input          width:1 85 .vtc_ctrl_araddr               (vtc_ctrl_araddr)             ,//input          width:9 86 .vtc_ctrl_arready              (vtc_ctrl_arready)            ,//output         width:1 87 .vtc_ctrl_arvalid              (vtc_ctrl_arvalid)            ,//input          width:1 88 .vtc_ctrl_awaddr               (vtc_ctrl_awaddr)             ,//input          width:9 89 .vtc_ctrl_awready              (vtc_ctrl_awready)            ,//output         width:1 90 .vtc_ctrl_awvalid              (vtc_ctrl_awvalid)            ,//input          width:1 91 .vtc_ctrl_bready               (vtc_ctrl_bready)             ,//input          width:1 92 .vtc_ctrl_bresp                (vtc_ctrl_bresp)              ,//output         width:2 93 .vtc_ctrl_bvalid               (vtc_ctrl_bvalid)             ,//output         width:1 94 .vtc_ctrl_rdata                (vtc_ctrl_rdata)              ,//output         width:32 95 .vtc_ctrl_rready               (vtc_ctrl_rready)             ,//input          width:1 96 .vtc_ctrl_rresp                (vtc_ctrl_rresp)              ,//output         width:2 97 .vtc_ctrl_rvalid               (vtc_ctrl_rvalid)             ,//output         width:1 98 .vtc_ctrl_wdata                (vtc_ctrl_wdata)              ,//input          width:32 99 .vtc_ctrl_wready               (vtc_ctrl_wready)             ,//output         width:1100 .vtc_ctrl_wstrb                (vtc_ctrl_wstrb)              ,//input          width:4101 .vtc_ctrl_wvalid               (vtc_ctrl_wvalid)             //input          width:1102 );103 endmodule
testbench.sv

总结下Usage:

-filename module所在文件的文件名

-modulename 指定要产生instance的module名称(可选项,默认与文件同名)

-mode 工作模式,包括gen_inst_only和gen_inst_wc(可选项,默认为gen_inst_only)

-target 指定生成文件的文件名(可选项,默认为wrapper.v)

测试还不太充分,若有问题后续会在这篇文章基础上继续改进。下面会传到GITHUB上方便更新!

审核编辑:汤梓红

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原文标题:利用python自动生成verilog模块例化模板

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