FPGA读取向量如何从文件中读取向量，或将仿真结果写到文件，代码举例，并给出解释。

Question

如何从文件中读取向量，或将仿真结果写到文件，代码举例，并给出解释。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在FPGA开发中，通常我们使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写代码，然后将这些代码烧录到FPGA芯片上运行。为了实现从文件中读取向量或把仿真结果写入文件的功能，我们需要借助于一种叫做“测试平台”（testbench）的东西，它是一个包含驱动程序、检查程序以及可能的数据输入输出接口的软件环境。这里我们将使用Verilog为例，展示如何实现这个功能。

首先，你需要一个外部文件，比如名为data.txt的文本文件，其中包含你要读取的向量数据，格式可以是逗号分隔的数字列表，例如：

1, 2, 3, 4, 5

接下来，创建一个Verilog模块，用于从文件中读取数据并处理。这里我们使用System Verilog的$fscanf()函数来读取文件内容。同时，我们需要一个存储向量的寄存器数组，以及一个控制信号来指示何时开始读取。

这是一个简单的示例模块，展示了如何从文件中读取数据：

module file_reader #(
    parameter DATA_WIDTH = 8,
    parameter FILE_NAME = "data.txt"
) (
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    output reg [DATA_WIDTH-1:0] data_in,
    output reg read_done
);

reg [DATA_WIDTH-1:0] vector_data[0:9]; // 假设最多10个元素
integer fid;

initial begin
    fid = $fopen(FILE_NAME, "r");
end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (~rst_n) begin
        data_in <= 0;
        read_done <= 0;
    end else if (fid != -1) begin
        integer i;
        if (!feof(fid)) begin
            $fscanf(fid, "%d", vector_data[$index]);
            data_in <= vector_data[$index];
            $index <= $index + 1;
            if ($index == 10) begin
                $fclose(fid);
                fid = -1;
                read_done <= 1;
            end
        end else begin
            $fclose(fid);
            fid = -1;
            read_done <= 1;
        end
    end
end

endmodule

在这个例子中，我们定义了一个名为file_reader的模块，它有一个时钟输入clk，复位输入rst_n，一个输出向量data_in和一个完成标志read_done。我们还指定了数据宽度DATA_WIDTH和文件名FILE_NAME作为参数。

初始化部分打开文件，然后在时序逻辑部分，我们根据时钟上升沿和复位信号进行操作。当文件未关闭且未到达文件末尾时，我们使用$fscanf()从文件中读取整数，并将其放入vector_data数组中，同时更新数据输出data_in。当读取完所有数据后，关闭文件，设置read_done为1，表示读取已完成。

要将仿真结果写入文件，我们可以采用类似的方法，但这次是在仿真过程中定期写入数据到文件。下面是一个简单的示例，展示了如何每四个时钟周期写入一次数据到名为sim_output.txt的文件中：

module simulation_writer #(
    parameter DATA_WIDTH = 8,
    parameter FILE_NAME = "sim_output.txt"
) (
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [DATA_WIDTH-1:0] data_out
);

integer fid;

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (~rst_n) begin
        fid = -1;
    end else if (fid == -1 && ~($count % 4)) begin
        fid = $fopen(FILE_NAME, "a");
        $fwrite(fid, "%d\n", data_out);
        $fclose(fid);
        fid = -1;
    end
    $count <= $count + 1;
end

endmodule

在这个例子中，我们定义了一个名为simulation_writer的模块，它接收一个时钟输入clk，复位输入rst_n，以及一个输入向量data_out。我们同样指定了数据宽度DATA_WIDTH和文件名FILE_NAME作为参数。

在时序逻辑部分，我们每隔四个时钟周期打开文件，写入当前的data_out值，然后关闭文件。这里使用了 $count 计数器来跟踪时钟周期。

注意：以上代码示例仅用于演示目的，实际应用中可能需要添加错误处理和边界条件检查。此外，这些代码片段需要和其他模块一起编译并在一个完整的测试平台上运行，才能看到效果。在实际的FPGA开发环境中，这通常是通过EDA工具（如ModelSim，Vivado等）完成的。