小姜的Verilog PLI Handbook学习笔记

Chapter 1

• PLI：为verilog的终端用户提供一种用C语言（同时好像应该也有PLI library中的函数？）编写设计验证任务的方法，并用verilog logic simulators来执行这些C程序（其实就是在tb中执行？）

• 用途之一：

• PLI application：是一个能够被verilog simulator执行的用户自定义的C语言应用

• 创建一个PLI application的步骤：（1.4）
  
  步骤解读

• PLI application和VPI routines的关系：PLI 标准中提供的VPI routines library用于编写PLI applications

• register和structure的关系：注册信息包含在结构体中

1.3 系统任务和系统函数（2.2中也有一些详细说明）

1. 系统任务：类似于编程语句，只能用于 initial/always procedure/verilog HDL task/HDL function，当系统任务被调用，仿真器执行该任务的功能；任务结束，仿真回到调用的任务的下一个语句
   

2. 系统函数：类似于有返回值的编程函数，返回值传递给仿真；可在逻辑值可用时随处调用；可能在initial/always/HDL task/HDL function/assign/复合表达式的操作中调用；返回值类型可以int、向量、浮点
   
   

3. 定义形式：
   （1）IEEE标准内置：如display、random、finish等（Verilog language）
   （2）仿真器特定的系统函数/任务（其实也算内置的）
   （3）用户通过PLI自定义系统函数/任务的名字和功能

4. 用户自定义的系统任务/系统函数会链接到一个自定义的C函数，当verilog仿真器遇到该系统函数的名字时，他将会执行与其链接的C函数， 所以也就是verilog中的系统函数的名字跟C函数名字可能不是一样的，但是存在一种链接的对应关系。（？）

5. 自定义的可以和内置的取一样的名字，并以新功能覆盖内置函数

1.5 $show_value（system task）

• 用于：在verilog仿真中用PLI允许C routine来读取当下的逻辑值
• 需要参数：verilog design中的net/reg的名字
• 说明：calltf routine将会用VPI routines的Library来读取当下的net/reg的逻辑值，然后将其名字和逻辑值输出到仿真器的输出屏幕
• 应用举例：
  1： compiletf routine：用于提供一个C routine来验证该系统任务是否被正确使用且拥有正确类型的参数（C函数+VPI函数）
  2： calltf routine：是一个在仿真过程中如果遇到show_value系统任务时将会执行的C函数（C函数+VPI函数）
  3： 注册show value PLI application：用于告知仿真器PLI application（C函数＋VPI函数）
  4： testcase：verilog 其中包含$show_value系统任务，并包含在initial中。（Verilog）
  5： 输出：在仿真器输出执行show value系统任务的结果，获取到了某些位置的逻辑值。
• 该应用说明了参数如何从verilog仿真传递到PLI application以及application如何访问这些参数的信息，更多的举例在Chapter 3

Chapter 2 Interfacing VPI Applications to Verilog Simulators

2.1 PLI terms

• C 程序：包含C main 函数
• C 函数：不包含C main 函数
• Verilog function：只能被verilog source code调用
• 用户自定义的系统任务/函数：用于verilog source code；当仿真过程中遇到用户自定义的系统任务/函数时，仿真器将会执行与该系统任务/函数链接的PLI routines
• PLI applications：一个用户自定义的系统函数/任务和与其相链接的一个或多个PLI routines
• PLI routine：PLI application中的一部分的一个C 函数；当仿真遇到系统任务时被仿真器执行；VPI routine包括calltf、compilef、sizetf、simulation callback routines
• PLI library：Verilog PLI 标准中定义的C函数库；PLI library 函数被PLI routines调用，并使PLI routines与仿真交互；包括VPI/TF/ACC library
• VPI routines /TF routines /ACC routines：包含在PLI library中的C函数
  

2.3 Instantiated Verilog designs

P32

2.4 How PLI applications work

routine & system task/function

• VPI 部分定义了不同类型的routines，包括calltf/compiletf/sizetf/simualtion callback
• routine的种类决定了仿真器在何时执行routine：
  一些routine是run-time的，在仿真过程中调用；一些是elaboration or linking time的，在仿真之前调用
• 一个系统函数/任务可以用多个PLI routines与之相链接，每个routine是不同类型
• calltf/compiletf/sizetf可以和系统函数/任务相链接；callback routine不是直接和系统函数/任务相链接，相反，他是为仿真过程中出现的不同类型的活动时调用，例如逻辑值改变/开始或完成仿真

PLI 数据类型

• VPI 库定义了固定宽度的数据类型，因为C语言中只保证了数据类型的最小宽度，数据在不同电脑和操作系统上会出现不同的宽度，为保证所有操作系统的通用性，VPI 库定义特殊的数据类型
• 数据类型定义包含在vpi_user.h 头文件中
• PLI application应该使用PLI 定义的数据类型来保证在操作系统上能够正确的工作
• 

calltf routines

• 仿真过程中执行
• 

compiletf routines

• 仿真开始之前执行，simulation time 0之前
• 目的是验证系统函数/任务是否被正确应用，如调用PLI application是否拥有正确数量的参数，以及这些参数数据类型是否正确
• 在仿真加载和准备仿真数据结构时，被仿真器的compiler/elaborater调用
• 每次执行用户自定义的系统任务/函数时将会被调用
  
• 只适用于语法正确性的检查，不能用来检查仿真过程中的任务如打开文件等，可用callback来代替实现
• 用于访问系统任务/函数的参数//使用vpi register cb注册callback routine用于elaborate/linking的结尾或仿真的开始

sizetf routine

• 仿真之前运行，只运行一次
• 用于注册为sysfunctype为vpisizefunc/vpisizesignedfunc的系统函数，通知编译器返回给系统函数的尺寸
• 返回给仿真器系统函数的返回值的位宽数目，第一次调用的返回值将会决定所有实例系统函数的返回值的宽度
• 有一定的局限性：调用的时间较早，verilog层次结构可能还没生成；只调用一次
• 只有这个routine关注返回值，其他几个都不用到返回值，返回值都会被仿真器忽略掉
  

callback

见chapter 6

Interfacing PLI applications to Verilog simulators

• PLI application包括系统任务/系统函数的名字+routine
• 完成上述以后PLI application需要连接到verilog仿真器，标准提供了接口机制来使系统任务和application routine相链接，包括TF ACC VPI三种机制。
• VPI接口机制包含三个步骤：
  1 创建注册函数
  2 通知仿真器注册函数
  3 链接application到仿真器
• 其中，VPI 接口部分需要确认：
  1 一个系统函数/任务的名字
  2 application的类型：task/sizedfunction/intfunction/timefunction/realfunction
  3 如果routine存在，需要一个指向routine的C函数的指针
  4 一个user data pointer value，每次routine被调用仿真器将会作为C function的input传递给他们，userdata是一个指针，能够指向一个application-allocated data的block（？？？）
  //application信息被指定在一个 s vpi systf data 结构中，该structure包含在vpi user. file中
  

register的步骤

上述参数与structure中的参数对应，但是为什么名字不一样？：tf data应该是注册函数的名字
s cb data / s vpi time是啥

• 一旦注册函数被定义，必须通知Verilog模拟器的注册函数名称，这使simulator可以调用函数和注册PLI应用程序。
• 通知可以用到vlog_startup_routines这个array，这个数组不能和PLI application位于同一个C source 文件中（？）
• 注册函数在仿真之前执行，可能仿真数据结构还没有完成创建
• 注册函数通常和PLI application C 函数位于同一个文件中（？）

Chapter 6 VPI Callback

6.1Overview

• 用户可以编写能够被verilog仿真器调用的C语言函数，这种调用在VPI标准中被称作PLI应用的回调机制，即 callback routines
• callback机制可以用于在routines之间分享数据；仿真行为发生；特定的仿真时间；逻辑值发生变化；程序执行语句
• VPI提供了两种callback routines: system task/function callback routines & simulation callback routines，两种类型都需要被registered with simulator

6.8 Simulation events-related callbacks

• VPI simulation event calback constant：cbValueChange
• register simulation：s_cb_data
  set: reason→one of constants；** cb_rtn→PLI routine的名字； obj**→handle？；time→指定一个s_vpi_time structure的指针，其类型决定了仿真时间传递到回调机制的时间类型；value→指定一个s_vpi_value structure的指针，有很多format constants
• 当simulator出现事件回调时，simulator将分配一个s_cb_data结构，将结构的指针作为输入传递给被调用的PLI routine。
• example：P238（看不懂）
  

Chapter 17 VCL（value change link）by ACC

17.1 Overview

• VCL routines 能够在无论何时一个特定的object的逻辑值或strength value改变时被调用，这种被调用的application为VCL consumer routine
• 功能：1.图形/波形展示，被选择的信号的变化可以被记录下来并通过波形展示；2.检测设计测试向量覆盖率，可监测所有关键信号并记录每一个信号的逻辑值变化的次数，并可生成报告记录；3.创建一个C语言模型的接口，将逻辑值的改变传递给C model（？）
• 关键步骤：
• 一个应用VCL的例子
  目的：用VCL读取逻辑值变化，当时钟信号改变时调用C函数，实现计数器功能。
  大概思路：写一个counter_moniotor的基础C函数程序代码（包含acc的所需参数和配置等等）、计数器的verilog testbench（其中包含$counter_monitor）→运行tb实现能够在时钟信号改变时调用counter函数→完善计数器的全部C函数代码→将该计数器与仿真器链接（因仿真器类型而异）。