對(duì)于FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)里，寄存器控制通道的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)控制中必不可少的部分。今日且看SpinalHDL中如何優(yōu)雅地實(shí)現(xiàn)寄存器總線讀寫。

Bus Slave Factory

在SpinalHDL里，其Libraries里提供了關(guān)于總線相關(guān)的庫。包含AMBA3、AMBA4、AVALON等總線類型，并提供了bus slave factory工具：

通過bus slave factory，我們可以方便地實(shí)現(xiàn)寄存器讀寫，其提供了一系列寄存器讀寫方法。這里列舉幾個(gè)常用的方法（完整的方法列表可參照SpinalHDL-Doc）：

read（that，address，bitOffset）

注冊(cè)寄存器讀操作到指定地址，比特偏移為bitOffset 。

write（that，address，bitOffset）

注冊(cè)寄存器寫操作到指定地址，比特偏移為bitOffset。

readAndWrite（that，address，bitOffset）

注冊(cè)寄存器讀寫操作到指定地址，比特偏移為bitOffset 。

readMultiWord（that，address）

注冊(cè)大位寬寄存器（超過總線數(shù)據(jù)位寬）讀操作到指定地址，其中address地址存放對(duì)應(yīng)低比特，高比特地址向上累加。

writeMultiWord（that，address）

注冊(cè)大位寬寄存器（超過總線數(shù)據(jù)位寬）寫操作到指定地址，其中address地址存放對(duì)應(yīng)低比特，高比特地址向上累加。

除此之外，bus slave factory還提供了printDataModel函數(shù)用于打印寄存器列表。而且在生成RTL時(shí)，其會(huì)自動(dòng)檢測(cè)寄存器地址是否存在沖突。

AXI4-Lite總線實(shí)現(xiàn)

這里以AXI4-Lite總線舉例，通過AXI4-Lite總線讀寫三組寄存器：

en：?jiǎn)伪忍?a target="_blank">信號(hào)，可讀可寫。

plus：?jiǎn)伪忍匦盘?hào)，可讀寫，寫1自動(dòng)清零。

cnt：64比特信號(hào)，可讀。

這里給出完整的代碼結(jié)構(gòu)：

這里代碼5～10行代碼聲明模塊端口，第12行代碼規(guī)范AXI4-Lite端口名稱。代碼第15～18行通過slave factory實(shí)現(xiàn)AXI4-Lite寄存器讀寫。代碼第19行打印輸出寄存器列表。

由于plus寫1清零，因此代碼14行用于實(shí)現(xiàn)清零操作。

通過下面的語法生成RTL代碼：

在生成RTL代碼的同時(shí)，會(huì)打印寄存器列表：

仿真結(jié)果

SpinalHDL里提供了AXI4-Lite總線的基礎(chǔ)仿真庫，這里直接調(diào)用其仿真庫，完整的仿真代碼如下：

通過gtkWave觀察波形：

可以看到，功能符合我們的設(shè)計(jì)，寫寄存器0x4信號(hào)plus拉高1個(gè)時(shí)鐘周期后自動(dòng)清零。 這里簡(jiǎn)單幾行代碼實(shí)現(xiàn)了AXI4-Lite總線控制寄存器讀寫，對(duì)于我們?cè)谡嬲捻?xiàng)目實(shí)現(xiàn)里，能夠極大簡(jiǎn)化我們的工作量和bug產(chǎn)生。盡管現(xiàn)在各個(gè)大廠或許有專門的總線控制寄存器讀寫代碼生成工具，但SpinalHDL這種形式從本質(zhì)上解決了Verilog描述的重復(fù)性工作。

寫在最后

雖然SpinalHDL這種slave factory工具能夠讓我們?cè)诠こ讨锌旖莸膶?shí)現(xiàn)想要的功能，但對(duì)于初學(xué)者來說，理解掌握AXI4-Lite這些標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議時(shí)序還是非常有必要的（Verilog or SpinalHDL實(shí)現(xiàn)都行嘍）～
編輯：lyn