在編寫Verilog代碼時最痛苦的事情便是例化模塊時端口的連接，這時候的你我便成了連線工程師，本節就在SpinalHDL中如何像軟件調用方法那樣優雅地例化端口進行探討。

習慣了寫Verilog的小伙伴們在做大型工程時是否有遇到過連續數天時間化身“連線工程師”去例化模塊、為端口賦值連接的場景（關鍵是這些工作量老板他也不認）。盡管在SystemVerilog中提供了Interface接口的概念，但是從事FPGA的小伙伴都清楚無論是Xilinx的Vivado還是Intel Quartus雖然支持SystemVerilog但遠沒有做到像軟件代碼編輯器那般做到自動聯想與提示。最近分析一個Intel的大型源碼工程其中用到了大量的SystemVerilog中的interface及struct，但自動關聯提示做的真是一團糟，導致閱讀體驗真是差的一匹…… 本文以一個簡單的加法器的例子來看如何在SpinalHDL中如何避免成為連線工程師。 加法器端口列表如下所示：端口名方向位寬說明

valid_ininput1輸入有效標志

data1input8輸入數據

data2input8輸入數據

sumoutput8和

sum_validoutput1和有效標志

初階

剛開始接觸SpinalHDL時這個加法器我們可能會這么來寫：

class add（dataWidth:Int） extends Component{ val validIn=in Bool（） val data1=in UInt（dataWidth bits） val data2=in UInt（dataWidth bits） val sum=out UInt（dataWidth bits） val sumValid=out Bool（） sum：=RegNextWhen（data1+data2，validIn） sumValid：=RegNext（validIn，False）}

這里針對端口的實現形式和我們在Verilog中的方式基本相同。那么當我們在例化這個模塊時，我們可能會這么來寫：

class addInst（dataWidth:Int） extends Component { val io=new Bundle{ val validIn_0=in Bool（） val data1_0=in UInt（dataWidth bits） val data2_0=in UInt（dataWidth bits） val sum_0=out UInt（dataWidth bits） val sumValid_0=out Bool（）

val validIn_1=in Bool（） val data1_1=in UInt（dataWidth bits） val data2_1=in UInt（dataWidth bits） val sum_1=out UInt（dataWidth bits） val sumValid_1=out Bool（） } val add0=new add（dataWidth） val add1=new add（dataWidth） add0.validIn《》io.validIn_0 add0.data1《》io.data1_0 add0.data2《》io.data2_0 add0.sum《》io.sum_0 add0.sumValid《》io.sumValid_0 add1.validIn《》io.validIn_1 add1.data1《》io.data1_1 add1.data2《》io.data2_1 add1.sum《》io.sum_1 add1.sumValid《》io.sumValid_1}

這里例化了兩個加法器，可以看到，這里如同我們寫Verilog代碼般一根根連線，當有眾多模塊需要去例化時還是蠻痛苦的。

中階

在SystemVerilog中提供了Interface的概念用于封裝接口，在SpinalHDL中，我們可以借助軟件面向對象的思想把接口給抽象出來：

case class sumPort（dataWidth:Int=8） extends Bundle with IMasterSlave{ case class dataPort（dataWidth:Int=8） extends Bundle{ val data1=UInt（dataWidth bits） val data2=UInt（dataWidth bits） } val dataIn=Flow（dataPort（dataWidth）） val sum=Flow（UInt（dataWidth bits））

override def asMaster（）： Unit = { master（dataIn） slave（sum） }}

這里我們將加法器的端口抽象成sumPort端口。其中包含兩個Flow類型：dataIn、sum。并聲明當作為master端口時dataIn為master、sum為slave。這樣，我們的加法器便可以這么來寫：

case class add2（dataWidth:Int=8）extends Component{ val io=new Bundle{ val sumport=slave（sumPort（dataWidth）） } io.sumport.sum.payload：=RegNextWhen（io.sumport.dataIn.data1+io.sumport.dataIn.data2，io.sumport.dataIn.valid） io.sumport.sum.valid：=RegNext（io.sumport.dataIn.valid，False）}

而我們在例化時，便可以簡潔地例化：

class addInst1（dataWidth:Int） extends Component{ val io=new Bundle{ val sumport0=slave（sumPort（dataWidth）） val sumport1=slave（sumPort（dataWidth）） } val addInst_0=add2（dataWidth） val addInst_1=add2（dataWidth） io.sumport0《》addInst_0.io.sumport io.sumport1《》addInst_1.io.sumport}

如此我們便能簡潔地例化加法器。雖然這里地做法思想和SystemVerilog中地思想基本一致，但好處是我們能夠在IDEA中像閱讀軟件代碼那般快速地跳轉和定位，相較于廠商工具中那樣分析工程地痛苦實在是好太多。

高階

在中階例，我們采用了類似SystemVerilog中Interface及struct概念，但可以發現，我們這里依舊存在連線行為。一個模塊例化一次要連線一次，要例化N次還是要……

在軟件代碼中，調用一個方法或者模塊往往一行代碼了事：聲明調用函數并將參數放在括號列表里。那么在這里，我們能否像軟件調用那樣一行代碼搞定呢？

可以的！由于SpinalHDL是基于Scala的，因此我們可以將端口列表當成參數列表來傳遞。這里我們先為我們的加法器定義一個伴生對象：

object add2{ def apply（dataWidth： Int，port Unit = { val addInst=new add2（dataWidth） addInst.io.sumport《》port }}

這里我們為加法器add2定義了一個伴生對象（伴生對象聲明為object，名字與類名相同）。并在其中定義了一個apply方法，傳入兩個參數：位寬dataWidth及端口port，并在apply實現中完成模塊例化及端口連接（一次連線，終身使用）。隨后我們在例化時便可以像軟件調用方法那樣例化模塊了：

class addInst1（dataWidth:Int） extends Component{ val io=new Bundle{ val sumport0=slave（sumPort（dataWidth）） val sumport1=slave（sumPort（dataWidth）） } add2（dataWidth，io.sumport0） add2（dataWidth，io.sumport0）}

一行代碼搞定一個模塊的一次例化和端口連接！

原文標題：SpinalHDL—像軟件調用方法般例化模塊

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責任編輯：haq