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Verilog PLI教程1
Verilog PLI教程：第一部分 介绍
2007-09-24 来源:数字集成电路设计者 作者:5life
Verilog PLI(可编程语言接口）是在Verilog代码中运行C或者C++的一种机制。用C/C++写函数编译代码并产生共享库（windows下是*.dll文件，Unix下是*.so文件）。VCS这样的仿真工具也允许静态链接。在verilog代码中调用这些函数…
Verilog PLI(可编程语言接口）是在Verilog代码中运行C或者C++的一种机制。

系统调用是指在verilog代码中调用的函数。一个例子：内置系统任务$display,$stop,$random。 PLI允许用户创建自己的系统调用，实现Verilog语法不能实现的功能。如：

功耗分析
代码覆盖率工具
能修改verilog仿真数据结构，得到更精确的延时信息
用户定制的输出显示
联合仿真
设计调试工具
仿真分析
创建C模型接口，加快仿真
Testbench建模
为了实现上述PLI的一些应用，C代码必须能access verilog仿真器的内部数据结构。于是，Verilog PLI提供了一些acc程序或者简单的access程序。第二种程序系列叫做tf程序，或者简单的任务和函数。 tf 和acc都是PLI1.0 的程序是既大又老的程序。另一种程序在最新的verilog 2001版本引入，叫做vpi程序。这是一种小而清晰的PLI程序，称作PLI2.0。

通过Verilog 2001 LRM 和PLI1.0 IEEE文档，你可以查阅PLI提供的每个函数的详细资料。Verilog IEEE LRM 是为有硬件背景的人都可以读懂而写的。如果你拿不到以上的IEEE文档，你可以购买在书籍章节里列出的PLI书籍。

PLI是如何工作的

用C/C++写函数
编译代码并产生共享库（windows下是*.dll文件，Unix下是*.so文件）。VCS这样的仿真工具也允许静态链接。
在verilog代码中调用这些函数（大多数是在verilog的testbench）
在verilog代码的编译过程中，把C/C++函数详细信息传给仿真器。一旦链接成功，就可以像任何verilog仿真一样运行仿真器

在仿真器执行verilog代码时，当仿真器遇到用户自定义的任务（以$开头），PLI程序（C/C++函数）得到运行控制。

例子 - Hello World
我们将定义一个hello函数，当它被调用时，将打印出“Hello Deepak”。这个例子将不使用任何的PLI标准函数（ACC,TF和VPI）。对于详细的链接信息，请参考仿真器的手册。每个仿真器都有它自己的方式把C/C++函数链接到仿真器。

C 代码
1
＃i nclude
2

3
void hello () {
4

printf ( "nHello Deepakn" );
5
}

verilog代码
1
module hello_pli ();
2

3
initial begin
4

$hello;
5

#10 $finish;
6
end
7

8
endmodule

开始仿真
一旦链接完成，仿真就如以前我们见过的普通仿真一样，只是在命令行的选项上有些许改变。就是我们必须要告诉仿真器，我们要使用PLI（Modelsim 需要在命令行上指定加载哪个共享对象）。

Verilog PLI教程1

Verilog PLI教程：第二部分 编写PLI应用程序(续)

Verilog PLI教程：第二部分 编写PLI应用程序　2008-08-09 01:19
分类：技术文章
字号： 大大  中中  小小
先前我们所看的例子太基础也没有实际用途。让我们看计数器的例子，写一个DUT的参考模型以及用C写的Checker程序，并把它链入到Verilog的Testbench。首先列出我们要用PLI写C模型的要求。
  调用C模型的方法，当输入信号有任何变化时；
  获得verilog代码中改变了的信号值或者任何C代码内部的信号的方法
  通过C代码驱动Verilog内部值
VerilogPLI提供一系列满足以上要求的程序（函数）。
PLI 应用的SPEC
我们定义使用PLI的计数器testbench的要求。 该PLI函数我们称作$counter_monitor
  用C实现一个计数器逻辑
  用C实现一个检测逻辑
  当checker失败时，终止仿真
调用C函数
用C写计数器非常简单，但是什么时候我们要增加计数器的值呢？所以我们就需要监测时钟信号的变化（顺便说一句，通过verilog代码驱动复位和时钟信号是个好习惯）一旦时钟发生变化，计数器函数就要被执行。这可以通过以下的函数实现：
    使用acc_vcl_add程序。该函数的语法可以查阅Verilog PLI LRM基本上acc_vcl_add程序能检测许多信号，一旦任何一个信号改变就会调用用户定义的函数（也就是定制的C程序）。VCL程序有4个自变量：
   需要监测对象的句柄
   用户C程序，当对象值变化就会调用它
   传递给C程序的字符串
   预定义的VCL标志：vcl_verilog_logic    -- 逻辑监测
                    vcl_verilog_strength -- 强度监测
acc_vcl_add(net, display_net, netname, vcl_verilog_logic);
C代码 - 基础
Counter_monitor是我们在verilog testbench中将要调用的C函数。就像任何其他的C代码，我们需要包含针对我们所要开发的特定的应用的头文件。我们这里，需要包含acc 程序include文件。
access函数 acc_initialize 初始化access程序的环境，在程序调用任何的access程序前必须要调用的。在退出调用access程序的C应用程序前，在程序的最后必须要退出access程序环境，调用acc_close
1
#include "acc_user.h"
2

3
handle clk ;
4
handle reset ;
5
handle enable ;
6
handle dut_count ;
7
void counter ();
8

9
void counter_monitor() {
10

acc_initialize();
11

clk = acc_handle_tfarg(1);
12

reset = acc_handle_tfarg(2);
13

enable = acc_handle_tfarg(3);
14

dut_count = acc_handle_tfarg(4);
15

acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic);
16

acc_close();
17
}
18

19
void counter () {
20

io_printf( "Clock changed staten" );
21
}
为了能accessing verilog对象，我们使用句柄。句柄是指预定义的数据类型，它是是设计层次中某个对象的指针。每个句柄传递给access函数有关唯一可以accessible对象的类型信息，以及如何哪里能找到有关此对象的信息。但是，我们如何把某个特定对象的信息给句柄呢？我们可以通过许多途径，但是现在我们用verilog采用参数传递的方式给$counter_monitor, 这些参数在C程序中可以采用acc_handle_tfarg()函数获得，这里自变量和代码中一样是数字。
因此clk = acc_handle_tfarg(1) 使得clk作为第一参数传递的句柄。类似我们给所有的句柄赋值。现在我们可以把clk加入我们需要检测的信号列表中,acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic)。这里clk是句柄，counter是当clk发生变化时，需要执行的用户函数。
函数counter()就不作任何解释了，它是类似于hello world简单的代码。
Verilog 代码
下面是计数器例子的简单的testbench。We call the C-function using the syntax shown in code below. If object thats been passed is a instant, then it should be passed inside double quotes. Since all our objects are nets or wires, there is no need to pass them inside double quote.
1
module counter_tb();
2
reg enable;
3
reg reset;
4
reg clk_reg;
5
wire clk;
6
wire [3:0] count;
7

8
initial begin
9

enable = 0;
10

clk_reg = 0;
11

reset = 0;
12

$display( "%g , Asserting reset" , $time);
13

#10 reset = 1;
14

#10 reset = 0;
15

$display ( "%g, Asserting Enable" , $time);
16

#10 enable = 1;
17

#55 enable = 0;
18

$display ( "%g, Deasserting Enable" , $time);
19

#1 $display ( "%g, Terminating Simulator" , $time);
20

#1 $finish;
21
end
22

23
always begin
24

#5 clk_reg = !clk_reg;
25
end
26

27
assign clk = clk_reg;
28

29
initial begin
30

$counter_monitor(counter_tb.clk, counter_tb.reset, counter_tb.enable, counter_tb.count);
31
end
32

33
counter U(
34
.clk (clk),
35
.reset (reset),
36
.enable (enable)
37
.count (count)
38
);
39

40
endmodule

使用不同的仿真器，编译和运行程序不同。当你运行以上的代码，我们将得到以下的输出：
0 , Asserting reset
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
20, Asserting Enable
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
Clock changed state
85, Deasserting Enable
Clock changed state
86, Terminating Simulator

C代码 -- 完整
现在我们可以看见当时钟发生变化时，我们的函数就会被调用。 我们可以写我们的计数器代码了。但是，有一个问题，每次计数器调用的时候，就会退出也就会丢失内部变量的值。我们有2重方法来保持变量的值。
   把计数器变量申明为全局变量
   使用tf_setworkarea() 和tf_getworkarea()存储和恢复本地变量的值
由于我们只有一个变量，我们可以采用第一种解决方法，也就是申明count为全局变量为了编写与计数器等价的模型，输入到DUT和代码checker的clock,reset, enable信号以及DUT count的输出都需要。为了从verilog获取值，我们使用PLI函数：
acc_fetch_value(handle,"format")
但是该值返回的是字符串，因此我们需要把它转变为整数。pli_conv是完成这个转换的函数。当DUT和TB计数值不相同时，函数tf_dofinish()用做终止该仿真。
1
#include "acc_user.h"
2

3
typedef char * string;
4
handle clk ;
5
handle reset ;
6
handle enable ;
7
handle dut_count ;
8
int count ;
9
int sim_time;
10
string high = "1" ;
11
void counter ();
12
int pli_conv (string in_string, int no_bits);
13

14
void counter_monitor() {
15

acc_initialize();
16

clk = acc_handle_tfarg(1);
17

reset = acc_handle_tfarg(2);
18

enable = acc_handle_tfarg(3);
19

dut_count = acc_handle_tfarg(4);
20

acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic);
21

acc_close();
22
}
23

24
void counter () {
25

p_acc_value value;
26

sim_time = tf_gettime();
27

string i_reset = acc_fetch_value(reset, "%b" ,value);
28

string i_enable = acc_fetch_value(enable, "%b" ,value);

29

string i_count = acc_fetch_value(dut_count, "%b" ,value);
30

string i_clk = acc_fetch_value(clk, "%b" ,value);
31

int size_in_bits= acc_fetch_size (dut_count);
32

int tb_count = 0;
33

// Counter function goes here
34

if (*i_reset == *high) {
35

count = 0;
36

io_printf( "%d, dut_info : Counter is resetn" , sim_time);
37

}
38

else if ((*i_enable == *high) && (*i_clk == *high)) {
39

if ( count == 15 ) {
40

count = 0;
41

} else {
42

count = count + 1;
43

}
44

}
45

// Counter Checker function goes checker logic goes here
46

if ((*i_clk != *high) && (*i_reset != *high)) {
47

tb_count = pli_conv(i_count,size_in_bits);
48

if (tb_count != count) {
49

io_printf( "%d, dut_error : Expect value %d, Got value %dn" , sim_time, count, tb_count);
50

tf_dofinish();
51

} else {
52

io_printf( "%d, dut_info : Expect value %d, Got value %dn" , sim_time, count, tb_count);
53

}
54

}
55
}
56

57
// Multi-bit vector to integer conversion.
58
int pli_conv (string in_string, int no_bits) {
59

int conv = 0;
60

int i = 0;
61

int j = 0;
62

int bin = 0;
63

for ( i = no_bits-1; i >= 0; i = i - 1) {
64

if (*(in_string + i) == 49) {
65

bin = 1;
66

} else if (*(in_string + i) == 120) {
67

io_printf ( "%d, Warning : X detectedn" , sim_time);
68

bin = 0;
69

} else if (*(in_string + i) == 122) {
70

io_printf ( "%d, Warning : Z detectedn" , sim_time);
71

bin = 0;
72

} else {
73

bin = 0;
74

}
75

conv = conv + (1 << j)*bin;
76

j ++;
77

}
78

return conv;

79
}
与仿真器链接
先前我们见到的计数器例子，我们将用下面的仿真器进行链接。
   VCS
   Modelsim

在此教程中，我们使用linux。如果你想知道如何在windows或者solaris下链接，请参考仿真器的手册查看详细资料。
VCS
使用VCS仿真器，我们需要创建一个tab文件。对于我们的例子，tab文件如下所示：
$counter_monitor call=counter_monitor acc=rw:*
这里 $counter_monitor是在verilog代码中的用户自定义函数。call=counter_monitor是当verilog调用$counter_monitor时调用的C函数。acc=rw:*是告诉我们要使用access函数去读写仿真器内部数据。:*意味着应用于设计中的所有模块。
编译代码的命令行选项如下：
vcs -R -P pli_counter.tab pli_counter_tb.v counter.v pli_full_example.c -CFLAGS "-g -I$VCS_HOME/`vcs -platform`/lib" +acc+3
由于我们要使用返回值，我们使用+acc+3，剩下的选项简单，你可以查阅VCS的用户指南。
Modelsim
类似于VCS，modelsim仿真器是用PLI有它自己的方式。我们需要创建函数列出所有在verilog中要使用的用户自定义函数以及对应的C函数。与VCS不同，我们需要在C文件中写明，如下：
1
#include "veriuser.h"
2
#include "pli_full_example.c"
3

4
s_tfcell veriusertfs[] = {
5

{usertask, 0, 0, 0, counter_monitor, 0, "$counter_monitor" },
6

{0} // last entry must be 0
7

};

  vlib work

  vlog pli_counter_tb.v counter.v

  gcc -c -g -I$MODEL/include pli_full_example_modelsim.c

  ld -shared -E -o pli_full_example.sl pli_full_example_modelsim.o

  vsim -c counter_tb -pli pli_full_example.sl

在vsim命令行中，输入run -all开始仿真。
查阅modelsim的用户指南了解详细信息以及了解如何编译和链接在windows下。
计数器仿真结果
0 , Asserting reset
10, dut_info : Counter is reset
15, dut_info : Counter is reset
20, Asserting Enable
20, dut_info : Expect value 0, Got value 0
30, dut_info : Expect value 0, Got value 0
40, dut_info : Expect value 1, Got value 1
50, dut_info : Expect value 2, Got value 2
60, dut_info : Expect value 3, Got value 3
70, dut_info : Expect value 4, Got value 4
80, dut_info : Expect value 5, Got value 5
85, Deasserting Enable
86, Terminating Simulator
  先前我们所看的例子太基础也没有实际用途。让我们看计数器的例子，写一个DUT的参考模型以及用C写的Checker程序，并把它链入到Verilog的Testbench。首先列出我们要用PLI写C模型的要求。
  调用C模型的方法，当输入信号有任何变化时；
  获得verilog代码中改变了的信号值或者任何C代码内部的信号的方法
  通过C代码驱动Verilog内部值
VerilogPLI提供一系列满足以上要求的程序（函数）。
PLI 应用的SPEC
我们定义使用PLI的计数器testbench的要求。 该PLI函数我们称作$counter_monitor
  用C实现一个计数器逻辑
  用C实现一个检测逻辑
  当checker失败时，终止仿真
调用C函数
用C写计数器非常简单，但是什么时候我们要增加计数器的值呢？所以我们就需要监测时钟信号的变化（顺便说一句，通过verilog代码驱动复位和时钟信号是个好习惯）一旦时钟发生变化，计数器函数就要被执行。这可以通过以下的函数实现：
    使用acc_vcl_add程序。该函数的语法可以查阅Verilog PLI LRM基本上acc_vcl_add程序能检测许多信号，一旦任何一个信号改变就会调用用户定义的函数（也就是定制的C程序）。VCL程序有4个自变量：
   需要监测对象的句柄
   用户C程序，当对象值变化就会调用它
   传递给C程序的字符串
   预定义的VCL标志：vcl_verilog_logic    -- 逻辑监测
                    vcl_verilog_strength -- 强度监测
acc_vcl_add(net, display_net, netname, vcl_verilog_logic);
C代码 - 基础
Counter_monitor是我们在verilog testbench中将要调用的C函数。就像任何其他的C代码，我们需要包含针对我们所要开发的特定的应用的头文件。我们这里，需要包含acc 程序include文件。
access函数 acc_initialize 初始化access程序的环境，在程序调用任何的access程序前必须要调用的。在退出调用access程序的C应用程序前，在程序的最后必须要退出access程序环境，调用acc_close。
1
#include "acc_user.h"
2

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handle clk ;
4
handle reset ;
5
handle enable ;
6
handle dut_count ;
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void counter ();
8

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void counter_monitor() {
10

acc_initialize();
11

clk = acc_handle_tfarg(1);
12

reset = acc_handle_tfarg(2);
13

enable = acc_handle_tfarg(3);
14

dut_count = acc_handle_tfarg(4);
15

acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic);
16

acc_close();
17
}
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19
void counter () {
20

io_printf( "Clock changed staten" );
21
}
为了能accessing verilog对象，我们使用句柄。句柄是指预定义的数据类型，它是是设计层次中某个对象的指针。每个句柄传递给access函数有关唯一可以accessible对象的类型信息，以及如何哪里能找到有关此对象的信息。但是，我们如何把某个特定对象的信息给句柄呢？我们可以通过许多途径，但是现在我们用verilog采用参数传递的方式给$counter_monitor, 这些参数在C程序中可以采用acc_handle_tfarg()函数获得，这里自变量和代码中一样是数字。
因此clk = acc_handle_tfarg(1) 使得clk作为第一参数传递的句柄。类似我们给所有的句柄赋值。现在我们可以把clk加入我们需要检测的信号列表中,acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic)。这里clk是句柄，counter是当clk发生变化时，需要执行的用户函数。
函数counter()就不作任何解释了，它是类似于hello world简单的代码
Verilog PLI教程：第二部分 编写PLI应用程序(续)　2008-08-09 01:21
分类：技术文章
字号： 大大  中中  小小
先前我们所看的例子太基础也没有实际用途。让我们看计数器的例子，写一个DUT的参考模型以及用C写的Checker程序，并把它链入到Verilog的Testbench。首先列出我们要用PLI写C模型的要求。
  调用C模型的方法，当输入信号有任何变化时；
  获得verilog代码中改变了的信号值或者任何C代码内部的信号的方法
  通过C代码驱动Verilog内部值
VerilogPLI提供一系列满足以上要求的程序（函数）。
PLI 应用的SPEC
我们定义使用PLI的计数器testbench的要求。 该PLI函数我们称作$counter_monitor
  用C实现一个计数器逻辑
  用C实现一个检测逻辑
  当checker失败时，终止仿真
调用C函数
用C写计数器非常简单，但是什么时候我们要增加计数器的值呢？所以我们就需要监测时钟信号的变化（顺便说一句，通过verilog代码驱动复位和时钟信号是个好习惯）一旦时钟发生变化，计数器函数就要被执行。这可以通过以下的函数实现：
    使用acc_vcl_add程序。该函数的语法可以查阅Verilog PLI LRM基本上acc_vcl_add程序能检测许多信号，一旦任何一个信号改变就会调用用户定义的函数（也就是定制的C程序）。VCL程序有4个自变量：
   需要监测对象的句柄
   用户C程序，当对象值变化就会调用它
   传递给C程序的字符串
   预定义的VCL标志：vcl_verilog_logic    -- 逻辑监测
                    vcl_verilog_strength -- 强度监测
acc_vcl_add(net, display_net, netname, vcl_verilog_logic);
C代码 - 基础
Counter_monitor是我们在verilog testbench中将要调用的C函数。就像任何其他的C代码，我们需要包含针对我们所要开发的特定的应用的头文件。我们这里，需要包含acc 程序include文件。
access函数 acc_initialize 初始化access程序的环境，在程序调用任何的access程序前必须要调用的。在退出调用access程序的C应用程序前，在程序的最后必须要退出access程序环境，调用acc_close。
1
#include "acc_user.h"
2

3
handle clk ;
4
handle reset ;
5
handle enable ;
6
handle dut_count ;
7
void counter ();
8

9
void counter_monitor() {
10

acc_initialize();
11

clk = acc_handle_tfarg(1);
12

reset = acc_handle_tfarg(2);
13

enable = acc_handle_tfarg(3);
14

dut_count = acc_handle_tfarg(4);
15

acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic);
16

acc_close();
17
}
18

19
void counter () {
20

io_printf( "Clock changed staten" );
21
}
为了能accessing verilog对象，我们使用句柄。句柄是指预定义的数据类型，它是是设计层次中某个对象的指针。每个句柄传递给access函数有关唯一可以accessible对象的类型信息，以及如何哪里能找到有关此对象的信息。但是，我们如何把某个特定对象的信息给句柄呢？我们可以通过许多途径，但是现在我们用verilog采用参数传递的方式给$counter_monitor, 这些参数在C程序中可以采用acc_handle_tfarg()函数获得，这里自变量和代码中一样是数字。
因此clk = acc_handle_tfarg(1) 使得clk作为第一参数传递的句柄。类似我们给所有的句柄赋值。现在我们可以把clk加入我们需要检测的信号列表中,acc_vcl_add(clk,counter,null,vcl_verilog_logic)。这里clk是句柄，counter是当clk发生变化时，需要执行的用户函数。
函数counter()就不作任何解释了，它是类似于hello world简单的代码。
Verilog 代码
下面是计数器例子的简单的testbench。We call the C-function using the syntax shown in code below. If object thats been passed is a instant, then it should be passed inside double quotes. Since all our objects are nets or wires, there is no need to pass them inside double quote.
1
module counter_tb();
2
reg enable;
3
reg reset;
4
reg clk_reg;
5
wire clk;
6
wire [3:0] count;
7

8
initial begin
9

enable = 0;
10

clk_reg = 0;
11

reset = 0;
12

$display( "%g , Asserting reset" , $time);
13

#10 reset = 1;
14

#10 reset = 0;
15

$display ( "%g, Asserting Enable" , $time);
16

#10 enable = 1;
17

#55 enable = 0;
18

$display ( "%g, Deasserting Enable" , $time);
19

#1 $display ( "%g, Terminating Simulator" , $time);
20

#1 $finish;
21
end
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always begin
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