Xilinx SystemVerilog中的基本聯(lián)合體

基本聯(lián)合體
在 SystemVerilog 中，聯(lián)合體只是信號(hào)，可通過(guò)不同名稱和縱橫比來(lái)加以引用。 其工作方式為通過(guò) typedef 來(lái)聲明聯(lián)合，并提供不同標(biāo)識(shí)符用于引用此聯(lián)合體。 這些標(biāo)識(shí)符稱為“字段”。

例如：

typedef union packed {
logic [3:0] a;
logic [3:0] b;
} union_type;

union_type my_union;
復(fù)制代碼

以上代碼創(chuàng)建了一種新類型，名為“union_type”。

此類型的位寬為 4 位，可作為“a”或“b”來(lái)引用。

此外，代碼最后一行創(chuàng)建了一個(gè)新信號(hào)，名稱為“my_union”且類型為“union_type”。

其使用語(yǔ)法為“.”。

例如：

always@(posedge clk) begin
my_union.a end

always@(posedge clk) begin
out1 out2 end
復(fù)制代碼

在 Vivado 中運(yùn)行此代碼時(shí)，原理圖如下所示：

圖 1：基本聯(lián)合體

請(qǐng)注意，my_union 位寬仍僅為 4 位，而以“a”或“b”來(lái)引用它的兩項(xiàng)賦值均采用相同邏輯。針對(duì) my_union 的賦值使用的是“a”，而此聯(lián)合體的讀取結(jié)果針對(duì) out1 和 out2 則分別使用“a”和“b”。

聯(lián)合體分兩種類型：打包 (packed) 和解包 (unpacked)。在上述示例中，我們指定的是打包聯(lián)合體。默認(rèn)情況下，如果不指定類型，編譯器將假定它采用解包聯(lián)合體。打包聯(lián)合體與解包聯(lián)合體的差別在于，在打包聯(lián)合體中，其中所有標(biāo)識(shí)符都必須采用打包類型，并且大小必須相同。在上述示例中，“a”和“b”位寬均為 4 位。但如果其中之一為 4 位，而另一個(gè)為 2 位，則該工具中將生成錯(cuò)誤。而在解包聯(lián)合體中，標(biāo)識(shí)符可采用解包類型并且大小無(wú)需相同。因此，在上述 4 位和 2 位聯(lián)合體示例中，刪除“packed”語(yǔ)句將使該工具能夠?qū)?RTL 進(jìn)行完整審查。總而言之，打包聯(lián)合體在綜合工具中所受支持更為廣泛，并且更便于概念化。對(duì)于本文中的前幾個(gè)聯(lián)合體示例，我們使用的是打包聯(lián)合體，但從此處開(kāi)始直至文末，我們將展示解包聯(lián)合體示例。

含多維字段的聯(lián)合體
上述示例只是簡(jiǎn)單演示了聯(lián)合體的作用。讓我們來(lái)看下較為復(fù)雜的聯(lián)合體示例：

typedef union packed {
logic [3:0] a;
logic [1:0][1:0] b;
} union_type;

union_type my_union
復(fù)制代碼

同上，首先對(duì)聯(lián)合體進(jìn)行聲明，并創(chuàng)建類型為“union_type”的信號(hào)。差別在于，字段“a”位寬為 4 位，另一個(gè)字段“b”位寬同樣為 4 位，但后者排列為 2 個(gè) 2 位矢量。由于這兩個(gè)字段大小相同，并且字段“b”使用的是打包類型，因此這是一個(gè)合法的打包聯(lián)合體。其結(jié)構(gòu)體如下所示：

圖 2：含多維陣列的聯(lián)合體

為此結(jié)構(gòu)賦值的 RTL 如下所示：

always@(posedge clk) begin
my_union.a end

always@(posedge clk) begin
out1 out2 end
復(fù)制代碼

原理圖如下所示：

圖 3：多維聯(lián)合體的原理圖

含結(jié)構(gòu)體的聯(lián)合體
聯(lián)合體還可配合結(jié)構(gòu)體一起使用。就像所有打包聯(lián)合體一樣，結(jié)構(gòu)體大小必須與聯(lián)合體中的任何其它類型的大小相同。 例如：

typedef union packed {
logic [9:0] data;
struct packed {
bit op1;
bit [2:0] op2;
bit [1:0] op3;
bit op4;
bit [2:0] op5;
} op_modes;
} union_type;

union_type my_union;
復(fù)制代碼

此 RTL 介紹的聯(lián)合體包含 2 個(gè)位寬均為 10 位的字段。第一個(gè)字段為名為“data”且位寬為 10 位的矢量。第二個(gè)字段采用包含 5 個(gè)字段的結(jié)構(gòu)體，這些字段的大小總和同樣為 10 位。

為此創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)體如下所示：

圖 4：含結(jié)構(gòu)體的聯(lián)合體

由于當(dāng)前聯(lián)合體中包含結(jié)構(gòu)體，因此其正確的引用方式是引用聯(lián)合體中的結(jié)構(gòu)體：

always@(posedge clk) begin
my_mult end
復(fù)制代碼

解包聯(lián)合體
如果聯(lián)合體中的字段大小不同，或者如果聯(lián)合體中的字段本身使用的類型為解包類型，那么此類聯(lián)合體需聲明為解包聯(lián)合體。 對(duì)于前一種情況，如果指定的聯(lián)合體包含不同大小的字段，那么該聯(lián)合體本身大小將設(shè)置為最大字段的大小。 示例 RTL：

typedef union {
logic [5:0] a;
logic [3:0] b;
logic c;
} union_type;

union_type my_union;
復(fù)制代碼

這樣即可創(chuàng)建如下所示結(jié)構(gòu)：

圖 5：含不同大小字段的解包聯(lián)合體

含結(jié)構(gòu)體的解包聯(lián)合體
與打包聯(lián)合體相同，解包聯(lián)合體同樣可以使用結(jié)構(gòu)體。

typdef struct {
bit [3:0] a1;
bit a2;
} s_1;

typedef union {
logic [7:0] b1;
s_1 b2;
} union_type

union_type my_union;
復(fù)制代碼

以上示例將創(chuàng)建一個(gè)含兩個(gè)字段的聯(lián)合體。其中一個(gè)字段為位寬 8 位的矢量“b1”，另一個(gè)字段為位寬 5 位的結(jié)構(gòu)體，此結(jié)構(gòu)體由一個(gè)位寬 4 位的矢量 a1 和一個(gè)位寬 1 位的矢量 a2 組成。 此聯(lián)合體將作為位寬 8 位的矢量來(lái)創(chuàng)建，如下所示：

圖 6：含結(jié)構(gòu)體的解包聯(lián)合體

同上，由于聯(lián)合體中包含結(jié)構(gòu)體，因此需按如下方式來(lái)引用信號(hào)：

always@(posedge clk) begin
my_union.b1 out1 out2 end
復(fù)制代碼

審核編輯：湯梓紅