一、赛题描述

在RTL的设计中，有一部分是组合逻辑（combinational logic），一部分是时序逻辑（sequential logic）。一般而言，时序逻辑的每个输出只能有一个驱动（driver），该驱动可以是组合/时序逻辑的输出。如下图：

在实际RTL开发中，有一类比较常见的错误，就是一个时序电路的输出（如Q）会有多个驱动，如下图：

通常，这种错误往往在仿真结果出现问题的时候才能发现，就像刚才说的，验证工具读入verilog design，生成可执行程序，执行可执行程序，如果发现结果错误，这个时候用户需要调试。对于用户来说，调试起来周期非常长，尤其是RTL设计非常大的时候。

理想的情况是验证工具进行静态检查，让这类问题在编译阶段报出，从而节省用户的调试时间。这个需求最早是由INTEL公司提出来的。

本赛题就是要求参赛选手开发这样一种静态检查的功能。

二、驱动冲突的规则

1、驱动冲突的检查对象是变量（variable），而非 wire（net type） , 因为 IEEE 标准已经确保了 wire 是不能用被时序电路驱动的。变量的类型包括 reg, integer 等。

2、驱动冲突的检查模块是 always block，在其他 scope 下，多个驱动是允许的。如两个initial block 里驱动同一个变量是合法的。但是同一个变量同时被一个 initial block 和 always block 驱动就是有冲突的。

3、在同一个 always block 中的多次写操作不视为驱动冲突。

always @(posedge clk) begin
	if (sel)
		Q <= D1;
	else
		Q <= D2;
end

  

 

  
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三、测例描述

RTL 设计以 Verilog 形式，如下图所示：

module dut (input a, b, c, e, output q);
wire a, b, c;
reg r;
reg clk;
reg q;
reg d;

always @(a, b, c)
	d = a & (b | c);

always @(e)
	q = e;

always @(posedge clk)
	q <= d;
endmodule

  

 

  
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输出：屏幕上需要打出如下报错信息（至少两个）

The following drivers conflict:
Line 12
Line 15

  

 

  
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3
 

四、评分标准

评分标准包括功能的覆盖程度、代码质量、 测试，及性能等几部分。

4.1、功能覆盖及质量 （ 80 分）

1、基本功能(20 分)

支持 scalar【标量类型】(如：reg 等), 以各种 driver【驱动类型】。

没有范围规范的net或reg声明应该被认为是1位宽，被称为标量【scalar】。

driver类型是指continue assign和procedure assign；要看的是variable类型的driver，例如reg类型。

2、支持 vector、memory、select （ 30 分）

多位net和reg数据类型必须通过指定一个范围来声明，这个范围称为向量【vector】。（类比C语言的一维数组）

memory是一个寄存器数组，如reg\[3:0\] memo\[255:0\]表示 256个4位存储器，该存储器地址范围是0-255。（类比C语言的二维数组）

select通常用来选择某几位，配合case一起使用

如：

reg [3:0] aa
always @(bb)
	aa[0] = bb;
always @(posedge clk)
	aa[1] = cc;

  

 

  
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这个例子应该是没有冲突的，因为他们的 select 不同，而下面这个会在 a[1]有冲突：

always @(bb)
	aa[1:0] = bb;
always @(posedge clk)
	aa[3:1] = cc;

  

 

  
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3、支持 for loop 分析 (30 分)：

a)、支持单层的 for loop （ 15 分）

reg [0:7] aa;
reg [0:7] bb;
reg [0:7] cc;
always @(posedge clk)
	for (i = 0; i < 4; i++)
		aa[i] <= cc[i];
always @(posedge clk) begin
	for (i = 3; i < 8; i++)
		aa[i] <= bb[i];
end

  

 

  
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这里， aa[3] 是有冲突的, 其他位没有冲突

b)、支持嵌套的 for loop (15 分)

reg [0:7] aa [0:15];
always @(posedge clk)
	for (i = 0; i < 7; i++)
		for (j = 0; j < i + 1; j++)
			aa[i][j] = cc;

always @(posedge clk)
	for (i = 0; i < 7; i++)
		for (j = i+1; j < 15; j++)
			aa[i][j] = bb;

  

 

  
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以上两个是没有冲突的。

4.2、代码及测试 （10 分）

主要评估标准：

• 1）选手代码的整洁程度，可读性，可调试性
• 2）对原开源源代码的改动在满足性能/功能的前提下，要尽可能的小（避免重复开发而导致质量问题）
• 3）是否有测试方案以确保软件的正确性

4.3、性能 （10 分）

根据一组提供的 benchmark（性能测试集）， 以 compile time（CT）为衡量依据。性能超越 80%参赛选者得 10 分，性能超越 50%参赛选手者得 5 分。

4.4、附加题 （20 分）

Verilog 有一种概念是 hierarchical reference【层次参考】 , 即从一个 module 可以访问定义在另一个module 的 variable. 例如：

module top;
	sub s0();
	wire r;
endmodule

module sub;
	wire w;
	assign top.r = w; //hierarchical reference
endmodule

  

 

  
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其对应的概念是：

如果 ‘sub’ module 在 ’top’ 下面有多个 instance , 会造成’r’ 有多个驱动。完整的例子如下：

module top;
	reg q;
	submod s1();
	submod s2();
endmodule

module submod();
	reg d, clk;
	always @(posedge clk)
		top.q <= d;
endmodule

  

 

  
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由于这个驱动在源代码中只有一处，为了给用户更多信息，需要把这个驱动所在的 hierarchal path 打出来：

The following drivers conflict:
Line 8， in instance top.s1，
Line 8, in instance top.s2

  

 

  
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3
 

五、测试集

最后提交的是一个可执行程序。要求：速度快、内存小。【功能、性能】

比赛开始时，将提供 50 个左右单元测试供参赛选手使用。

验收时，将在另外一个测试集 （100-200 个 case）中测试选手的提交的软件，以通过率作为功能覆盖率（4.1）的打分标准。另外，会有一个性能测试集（20 个左右 benchmark），作为性能（4.3）的打分标准。

六、技术要点

6.1、技术要点1

本题用到的例子是一个RTL design。通常，RTL design由组合逻辑和时序逻辑构成。一个数字电路的网表抽象出来后就是一个图，每个变量是一个节点，变量之间的连线就是边。每个节点会有驱动（driver），和负载（load）【驱动和负载时相互的】。

要想实现本赛题的驱动检查，首先需要从表面的Verilog语言建立出一个这样的图，方便查询每个节点的驱动

6.2、技术要点2

RTL design的抽象程度要高于门级（gate level）。这意味着，会有vector， memory这样的word-level 的数据类型，以及 for loop 这样的控制类型语句。

always @(posedge clk) begin      
	if (reset)     
	    for (i = 3; i < 8; i++) 
	        aa[i] <= bb[i]; 
end

  

 

  
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七、iverilog数据结构

Verilog 文件经过parse，elaboration以后，变成了netlist。Parsing 阶段会把Verilog 文件转换成中间格式pform。 elaborate阶段会把design展开，链接符号，生成一个完全展开的netlist。

其中，top的class名字叫scope【NetScope】，他有两个children，一个叫s1，一个叫s2。s1也是一个scope【NetScope】，他里面有自己的一些成员函数。

主要的数据结构都在文件netlist.h中，并且每种数据类型都有非常详细的注释。通过学习这个文件，我们需要了解Verilog的module，always， 赋值语句，continue，assign等分别对应于哪个数据结构，这是我们做题的前提条件。

上述右侧verilog代码第10行和第12行发生冲突。

类NetNet：verilog的wire、reg类型都在这个类里面，其中的type可以来表示其到底是wire还是reg。
类Netproc：定义了一个statement（整个赋值语句），可以是阻塞赋值q=e、非阻塞赋值q<=d、if语句、for语句。【是一个子类、继承了阻塞赋值和非阻塞赋值】
类NetExpr：表达式（赋值语句的右值）。比如a & (b | c)、e、d
类NetAssign_：赋值语句的左值。NetAssign_包含了NetNet，故上述的d也是一个NetAssign_
类NetScope：通过该类，可以找到每一个变量或者语句。
类NetProcTop：NetProcess代表了一个链表，由多个always或initial块组成，而NetProcTop表示的是该链表的Header（头）。

八、解题思路

本赛题要求参赛者在编译阶段检查驱动冲突，在做完 Elaboration后，整个design的hierarchy（层级结构）已经建立起来， 各节点的连接关系都可以遍历。函数入口在main.cc 里的elaborate()，参赛者可以在elaborate() 结束后检查驱动冲突。

遍历所有的gate，将其输出放到一个map里，如果它的个数大于1，那他就是一个multdriver，这种思路不是很高效！

把整个图都建立起来，遍历每个点，如果这个点有很多的driver，那么就把这个点报出来！

参考

• IEEE1364 Verilog Standard
• 数字IC设计工程师的知识结构
• Iverilog : http://iverilog.icarus.com/home
• https://github.com/steveicarus/iverilog
• https://iverilog.fandom.com/wiki/Installation_Guide#Compiling_on_MS_Windows_.28MinGW.29
• https://iverilog.fandom.com/wiki/Talk:Installation_Guide
• ftp://ftp.icarus.com/pub/eda/verilog/tests/
• https://iverilog.fandom.com/wiki/User_Guide

文章来源: recclay.blog.csdn.net，作者：ReCclay，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：recclay.blog.csdn.net/article/details/108685354