Jiho Kang

Hello!!

1. Basic

Comment

주석은 C/C++과 동일하게 사용할 수 있다.

Identifiers

모든 식별자 명명 규칙은 C/C++과 동일하다. 여러 단어로 이름지을 경우 snake case보다는 camel case를 사용한다.

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module mkExampleModule();

관습적으로 module name은 mk로 시작하고, rule name은 do로 시작한다. type을 나타내거나 상수인 경우 대문자로 시작하고, 나머지 모든 경우는 소문자로 시작한다.

Operators

연산자 또한 C/C++에서 사용하는 기본 연산자들을 대부분 그대로 사용할 수 있다. 그러나, 첫 포스트에서도 말했듯이, HDL의 모든 요소는 결국 하드웨어를 나타내는 것이므로, 연산자 또한 하드웨어를 표현하는 요소이다. 예를 들어, 덧셈은 Full Adder, conditional expression은 MUX이다. 아래 그림은 x >> 2의 예시이다. 2 bit shift

Keywords

특이한 점은 bluespec의 keyword들이 몇몇 특수한 경우를 제외하고는 대문자를 사용하지 않는다.

Integer Literals

Verilog와 마찬가지로 bluespec 또한 여러 형태의 literal이 존재한다.

  • 'b011'은 이진수 011, 즉 3이다.
  • 3'd018'은 세 자리 십진수 018, 즉 18이다. 맨 앞 숫자는 자리수를 나타내는데, 생략 가능하다.
  • b, d 등 진법을 나타내는 글자가 없으면 디폴트는 십진수이다.

Don’t Care

HDL에는 don’t care라는 특수한 literal이 존재하는데, 이는 하드웨어의 입장에서 변수의 값을 알 필요가 없다는 뜻이다. 값이 어떤 값이어도 상관 없는 경우 사용하고, ?로 나타낸다.

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Integer x = ?;

하드웨어이기에 가능한 표현이고, 값이 결정되어야 하는 곳에 don’t care가 사용된다면 컴파일되지 않는다. 모든 type에 사용할 수 있다.

Begin-end Block

C/C++에서 중괄호로 한 code block을 만드는 것처럼, bluespec에서는 begin과 end가 그 역할을 대체한다. module, rule, case 등 몇몇 특수한 keyword들은 begin-end가 아닌, endmodule, endrule 등의 keyword를 사용한다. 아래 예시를 참고.

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// C
void main() {
    int x = 3;
    {
        int y = x + 1;
    }
}

// bluespec
module mkExample();
  Integer x = 3;
  begin
    Integer y = x + 1;
  end
endmodule

2. Variables

변수는 하드웨어 부품을 나타내는데, Bit##같은 primitive type인 경우 단순히 wire이다.

변수, 혹은 배열의 선언과 초기화는 C/C++과 거의 동일하다.

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Integer x = 3;
Integer a[20];
Bit##(3) cnt;
a[4] = 1;
cnt[2:0] = 3'b001; // cnt[2] = 0, cnt[1] = 0, cnt[1] = 1

배열의 인덱싱을 파이썬처럼 :를 이용할 수도 있다. 이 때 특이한 점은 큰 자리가 앞에 온다는 것이다. MSB를 왼쪽, LSB를 오른쪽에 놓는 컨벤션이다.

Implicit Declaration & Initialization

bluespec은 implicit type을 지원한다. 즉, 변수를 선언과 동시에 초기화할 경우, let keyword를 사용해서 변수의 type을 명시하지 않고도 변수를 정의할 수 있다.

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let x = 3;

Bit Concatenation & Selection

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Bit##(2) a = 2'b01;
Bit##(3) b = 3'b011;

// bit concatenation
let x = {a, b}; // Bit##(5) x = 5'b01101

// bit selection
let y = x[3:2]; // Bit##(2) y = 2'b11

Variable Assignment

=를 이용한 variable assignment는 해당 l-value 변수가 나타내는 wire를 r-value에 연결하겠다는 뜻이다. r-value는 단순히 어떤 값일 수도 있고, 복잡한 logic이 될 수도 있다.

3. Expression / Statement

Expression과 statement는 아주 간단한 형태의 combinational circuit이다. 아래 그림을 보면 바로 이해가 될 것이다. simple expression

Everything is Static

주의할 점은 HDL 코드는 하드웨어를 기술하는 코드이고, 기본적으로 동시성을 보장한다. 따라서 위의 판별식 circuit이 아래처럼 기술되어도 똑같은 역할을 한다.

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Integer b;
Integer bsq;
let disqr = bsq - 4 * a * c;
bsq = b * b;
b = 10;

첫 두 줄은 wire를 선언하는 코드이고, 아래 세 줄은 wire끼리 연결하는 코드인데, 어떤 wire를 먼저 연결해도 결과는 똑같을 것이다.

Conditional Statement

조건문도 C/C++처럼 if-else if-else를 사용한다. 다만, {} 대신 begin-end를 사용한다. 하나의 if-else 페어는 2-to-1 MUX에 해당한다.

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// example
Int##(32) x = 0;
if (x == 0) begin
  x = 1;
end
else begin
  x = 0;
end

Loop

반복문도 C/C++처럼 for, while등을 사용하고, {} 대신 begin-end를 사용한다.

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Reg##(Bit##(6)) cnt <- mkRegU(0);
for (Integer i = 0; i < 64; i = i + 1) begin
  if ((i >> 2) & 1) begin
    cnt = cnt + 1;
  end
end

Static Elaboration

그렇다면 for문이 나타내는 하드웨어는 무엇일까?? 놀랍게도 없다. Bluespec 프로그램이 컴파일될 때, 가장 먼저 type checking을 거치고 나서 Static Elaboration 단계를 거친다. 이 단계에서는 Integer type이나 for loop 처럼 하드웨어적 의미를 갖지 않는 부분을 제거한다.

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// before static elaboration
for (Integer i = 0; i < 3; i = i + 1) begin
  let cs = i + 3;
  c[i] = cs;
end

// after static elaboration
cs0 = 0 + 3;
c[0] = cs0;
cs1 = 1 + 3;
cs[1] = cs1;
cs2 = 2 + 3;
cs[2] = cs2;

Case

Case는 Statement, Expression 두 가지 모두에 사용 가능하다. C/C++과 거의 유사하나, begin-end로 block을 구분짓는 것이 아니고, case block의 끝에서 endcase 키워드를 이용한다.

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// statement
Bit##(2) x;
Bit##(2) notX;
case (x)
  2'b00: notX = 2'b11;
  2'b01: notX = 2'b10;
  2'b10: notX = 2'b01;
  default: notX = 2'b00; // default is optional
endcase

// expression
Bit##(2) x;
Bit##(2) notX = case (x)
  2'b00: 2'b11;
  2'b01: 2'b10;
  2'b10: 2'b01;
  2'b11: 2'b00;
endcase;

Function

Bluespec에서 함수는 단순히 parameterized combinational logic이라고 이해하면 쉽다. 함수의 정으를 정규표현식으로 나타내면 다음과 같다(정규표헌식을 봐도 처음엔 이해하기 힘드니 예시 코드를 보자ㅎㅎ). Proviso에 대한 내용은 향후 포스팅에서 다루겠다.

function type identifier ([type identifier[, type identifier]]) [provisos (proviso[, proviso])] function body… endfunction

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function Bit##(2) halfAdder(Bit##(1) a, Bit##(1) b)
  s = a ^ b;
  c = a & b;
  return {c, s};
endfunction

위 코드는 half adder인데, 두 bit을 받아서 sum과 carry를 계산하는 logic circuit을 그대로 구현하고 있다는 것을 알 수 있다.


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