chisel学习笔记——基本类型

发布时间：2022-12-19 文章分类：编程知识 投稿人：李佳 字号： 默认 | 大 | 超大 打印

Chisel学习笔记（二）——基本类型

因为是对着chisel book学的，这篇实际上是加上我的理解的chisel book的翻译

1.信号类型与常量

Chisel提供了三种基本的类型来描述信号、寄存器、组合逻辑：

此外，还定义了逻辑类型Bool。

1.1类型定义

一个Chisel类型的定义有两部分：位宽与类型

比如看下面的例子：

Bits(7.W)
SInt(8.W)
UInt(9.W)

分别定义了7bits的Bits类型，8bits的有符号数，9bits的无符号数

1.2 常量定义

而一个Chisel常量类型的定义则有三部分：位宽、类型和值

比如看下面的例子：

-3.S(4.W)

​ 这个定义代表一个4bits的有符号数3，其中-3、4都是Scala原生的整型，而通过.S、.W转换为Chisel定义的有符号数与宽度类型

​ 对于上面的例子应该这样理解，首先4.W将Scala整型4转换为Chisel width，然后作为参数传入.S构成Chisel四位有符号数类型，然后把Scala整型-3转换为Chisel四位有符号数-3。

对于常量的定义，还可以使用其它的进制（16、8、2），这种情况下应该用Scala的字符串类型来表达，如：

"hff".U
"o377".U
"b1111_1111".U

都代表十进制的255

2. 组合逻辑

​ 首先有必要介绍Scala的一个特性——类型推断，类似C++的auto，对应的关键字为val。这个特性使得我们可以不用像Verilog一样，对每一个变量显式声明它的类型、位宽（位宽实际上作为Bits、SInt、UInt类型的一项属性存在）。

​ 先看一个例子：

val logic = a & b | c

上面的代码描述了下面这样一个电路：

chisel学习笔记——基本类型

​ 代码中，logic的类型为val，如前述，这不是一个实际的类型，只是表示logic是一个变量，而logic的变量由Scala推断得出。

​ 另外，还可以先将一个变量定义为Wire，然后再用一种持续赋值的方法来进行“连接”：

val w = Wire(UInt())
w := a & b

​ 可以通过类似下标访问的方法来提取某一位或一个区间：

val bit31 = x(31)
val bit0to7 = x(7, 0)

​ 还可以进行拼接：

val word = bits1 ## bits2

​ 下面两张表介绍了Chisel中定义的一些硬件算子：

Operator Description Data Types
*、/、% 乘、除、取模 UInt、SInt
+、- 加、减 UInt、SInt
===、=/= 等于、不等于 UInt、SInt，返回Bool
>、>=、<、<= 大于、不小于、小于、不大于 UInt、SInt，返回Bool
<<、>> 左移、右移（UInt逻辑移位、SInt算术移位） UInt、SInt
~ 非 UInt、SInt、Bool
&、|、^ 与、或、非 UInt、SInt、Bool
! 逻辑非 Bool
&&、|| 逻辑与、或 Bool
Function Description Data Types
v.andR、v.orR、v.xorR AND、OR、XOR reduction UInt、SInt、returns Bool
v(n) 提取1bit UInt、SInt
v(end, start) 提取区间 UInt、SInt
Fill(n, v) 将v复制n遍 UInt、SInt
a ## b 拼接 UInt、SInt
Cat(a, b, ...) 拼接 UInt、SInt
Mux(sel, a, b) 多路选择器 sel:Bool，a、b:任何相同的Chisel类

3. 寄存器

​ Chisel提供的寄存器接口是高度抽象和封装的。寄存器的时钟被连接到一个全局时钟，复位被连接到一个全局同步复位，只留下了输入、输出两个接口供使用。虽然自由度变低了，但使用也相对简化了，实际上只有初始化、连接输入、连接输出三件事要做：

val reg = RegInit(0.U(8.W))
reg := d
val q = reg

或者也可以这样写：

val reg = RegNext(d, 0.U(8.W))
val q  = reg

4. Bundle和Vec

Bundle是异构的类型集合，可以通过继承Bundle类来定义：

class MyBundle extends Bundle{
    val d1 = UInt(8.W)
    val d2 = Bool()
}

然后在使用前进行声明，Bundle内数据的访问实际上就是对类属性的访问：

val mb = Wire(new MyBundle())
mb.d1 := 2.U
mb.d2 := true.B

Vec是同构的类型集合，通过Vec类定义，下标访问：

val vec = Wire(Vec(3, UInt(4.W)))
vec(0) := 1.U
vec(1) := 2.U
vec(2) := 3.U
val q = vec(0)

还可以通过初始化函数定义，这种方法直接产生Wire，不需要再转换：

val d = 3.U(4.W)
val vec = VecInit(1.U(4.W), 2.U, d)

Vec默认是一组Wire，但也有RegFile型的：

val rf = Reg(Vec(32, 0.U(32.W)))
val rf = RegInit(VecInit(Seq.fill(32)(0.U(32.W))))

Bundle与Vec可以互相包含:

class VecBundle extends Bundle{
    val d1 = UInt(8.W)
    val v1 = Vec(3, UInt(4.W))
}
BundleVec = Wire(Vec(3, new VecBundle()))

另外，Bundle与Vec还有一个重要的用途。Chisel3不支持对一个变量部分赋值，比如说这样写是会报错的：

val dat = Wire(UInt(8.W))
dat(7:4) := "h1".U(4.W)
dat(3:0) := "h2".U(4.W)

作为替代，可以用Vec和Bundle实现分段

5. Wire、Reg、IO

​ 上面提到的各种类型支持了多样的设计，但许多还不能直接对应到硬件结构。Wire、Reg、IO分别对应了连线，寄存器，输入输出端口。组合逻辑的信号需要用Wire显式声明，Reg与前述是一样的，IO是输入输出端口。

Wire与IO的用法与Reg类似：

val w = Wire(UInt(8.W))
w := 8.U(8.W)
val v = WireDefault(8.U(8.W))
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