Verilog 디스플레이 태스크 마스터하기: 효율적인 디버깅 및 로깅

디스플레이 시스템 태스크는 주로 시뮬레이션 흐름을 로그 파일로 추적하고 디버깅을 빠르게 돕기 위해 정보 및 디버그 메시지를 표시하는 데 사용됩니다. 다양한 디스플레이 태스크 그룹과 값 출력 형식이 있습니다.

Display/Write 태스크

문법

$display와 $write 모두 인자 리스트에 나타나는 순서대로 인자들을 표시합니다.

$display(<list_of_arguments>);
$write(<list_of_arguments>);

$write는 문자열 끝에 줄바꿈 문자 \n을 추가하지 않지만, $display는 추가합니다. 아래 예제에서 확인할 수 있습니다.

예제

module tb;
  initial begin
    $display ("이 줄은 새 줄로 끝남 ");
    $write ("이 줄은 새 줄 없이,");
    $write ("이렇게 이어짐. 새 줄로 시작하려면 줄바꿈 문자 사용 ");
    $display ("이 줄은 항상 새 줄에서 시작!");
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
이 줄은 새 줄로 끝남
이 줄은 새 줄 없이,이렇게 이어짐. 새 줄로 시작하려면 줄바꿈 문자 사용
이 줄은 항상 새 줄에서 시작!
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Verilog 스트로브 (Strobes)

$strobe는 현재 델타 타임스텝이 끝날 때 변수들의 최종 값을 출력하며, $display와 비슷한 형식을 가집니다.

module tb;
  initial begin
    reg [7:0] a;
    reg [7:0] b;
    a = 8'h2D;
    b = 8'h2D;
    #10; // 시뮬레이션이 10ns에 도달할 때까지 대기
    b <= a + 1; // a+1 값을 b에 할당
    $display ("[$display] time=%0t a=0x%0h b=0x%0h", $time, a, b);
    $strobe ("[$strobe] time=%0t a=0x%0h b=0x%0h", $time, a, b);
    #1;
    $display ("[$display] time=%0t a=0x%0h b=0x%0h", $time, a, b);
    $strobe ("[$strobe] time=%0t a=0x%0h b=0x%0h", $time, a, b);
  end
endmodule

$strobe가 10ns에서 변수 b의 최종 업데이트된 값 0x2E를 보여주는 반면, $display는 다음 시뮬레이션 델타인 11ns에서야 이를 포착함을 알 수 있습니다.

시뮬레이션 로그

ncsim> run
[$display] time=10 a=0x2d b=0x2d
[$strobe] time=10 a=0x2d b=0x2e
[$display] time=11 a=0x2d b=0x2e
[$strobe] time=11 a=0x2d b=0x2e
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Verilog 연속 모니터 (Continuous Monitors)

$monitor은 인자 리스트의 변수나 표현식이 변경될 때마다 자동으로 값을 출력합니다. 인자 변수들이 업데이트될 때마다 $display를 호출하는 것과 비슷한 효과를 냅니다.

module tb;
  initial begin
    reg [7:0] a;
    reg [7:0] b;
    a = 8'h2D;
    b = 8'h2D;
    #10; // 시뮬레이션이 10ns에 도달할 때까지 대기
    b <= a + 1; // a+1 값을 b에 할당
    $monitor ("[$monitor] time=%0t a=0x%0h b=0x%0h", $time, a, b);
    #1 b <= 8'hA4;
    #5 b <= a - 8'h33;
    #10 b <= 8'h1;
  end
endmodule

$monitor은 메인 스레드 배경에서 실행되는 태스크처럼 생겨나서 인자 변수들의 값 변경을 모니터링하고 표시합니다. 시뮬레이션 중 언제든 새로운 $monitor 태스크를 발행할 수 있습니다.

시뮬레이션 로그

ncsim> run
[$monitor] time=10 a=0x2d b=0x2e
[$monitor] time=11 a=0x2d b=0xa4
[$monitor] time=16 a=0x2d b=0xfa
[$monitor] time=26 a=0x2d b=0x1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Verilog 포맷 지정자 (Format Specifiers)

디스플레이 함수 내부에서 변수를 출력하려면 각 변수에 적절한 포맷 지정자를 주어야 합니다.

인자	설명
%h, %H	16진수 형식으로 표시
%d, %D	10진수 형식으로 표시
%b, %B	2진수 형식으로 표시
%m, %M	계층적 이름 표시
%s, %S	문자열로 표시
%t, %T	시간 형식으로 표시
%f, %F	'real'을 10진수 형식으로 표시
%e, %E	'real'을 지수 형식으로 표시

module tb;
  initial begin
    reg [7:0] a;
    reg [39:0] str = "Hello";
    time cur_time;
    real float_pt;
    a = 8'h0E;
    float_pt = 3.142;
    $display ("a = %h", a);
    $display ("a = %d", a);
    $display ("a = %b", a);
    $display ("str = %s", str);
    #200 cur_time = $time;
    $display ("time = %t", cur_time);
    $display ("float_pt = %f", float_pt);
    $display ("float_pt = %e", float_pt);
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
a = 0e
a = 14
a = 00001110
str = Hello
time = 200
float_pt = 3.142000
float_pt = 3.142000e+00
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Verilog 이스케이프 시퀀스 (Escape Sequences)

일부 문자는 줄바꿈, 탭, 폼 피드 등 다른 표시 목적을 나타내므로 특수 문자로 간주됩니다. 이러한 특수 문자를 출력하려면 각 특수 문자를 이스케이프해야 합니다.

인자	설명
\n	줄바꿈 문자
\t	탭 문자
\\	\ 문자
\"	" 문자
%%	% 문자

module tb;
  initial begin
    $write ("줄바꿈 문자 \n");
    $display ("탭 문자 \t stop");
    $display ("이스케이프 \" %%");
    /* // 컴파일 에러
    $display ("이스케이프 없이 \n"); // 에러: 종료되지 않은 문자열
    $display ("이스케이프 없이 \""); // 에러: 종료되지 않은 문자열
    */
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
줄바꿈 문자
탭 문자  stop
이스케이프 " %
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.