本文首發(fā)于微信公眾號“芯片學堂”现斋，作者JKZHAN
跟其他編程語言一樣庄蹋，學習SystemVerilog可以從數(shù)據(jù)類型入手迷雪。相比于Verilog，SystemVerilog引入了很多新的數(shù)據(jù)類型章咧，尤其是復合數(shù)據(jù)類型，比如隊列扰柠、動態(tài)數(shù)組疼约、關聯(lián)數(shù)組、結構體劝枣、枚舉類型、類等等溪胶。然而本文并不直接講這些玩意稳诚，整理學習思路還是得從基礎打起。
01 數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)對象
數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)對象是兩個不同的概念扳还。
數(shù)據(jù)類型可以理解為數(shù)學上的集合概念，包括了完整的值域和這些值所支持的運算規(guī)格工扎。舉個例子衔蹲，整型類型的值域是整數(shù)集，它支持四則運算橱健，并且滿足一定的代數(shù)性質沙廉，比如封閉性、交換律珊皿、結合律等等巨税。而基本的數(shù)據(jù)類型，是可以用被用來創(chuàng)建更加復雜的數(shù)據(jù)類型的驶兜。
數(shù)據(jù)對象則可以理解為一個實體远寸，操作系統(tǒng)會為其分配實實在在的內存空間并對其進行管理，比如是否可讀可寫驰后。根據(jù)存儲和賦值等方式的不同倡怎，在SV中可以分為參數(shù)（parameter）、變量（variable）和線網(wǎng)（net）三種類別监署。
最后還要厘清數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)對象的關系钠乏。那就是數(shù)據(jù)對象這個實體會有一個具體的取值（即使沒有初始化也會有默認值），它屬于某一種數(shù)據(jù)類型晓避，并且支持該類型的運算規(guī)則。按照數(shù)據(jù)對象進行劃分暑塑，可以將數(shù)據(jù)類型做如下分類：
| 數(shù)據(jù)對象 | 常見數(shù)據(jù)類型 |
|---|---|
| 參數(shù)類 | parameter localparam |
| 變量類 | int logic reg bit byte integer ... |
| 線網(wǎng)類 | wire tri supply0 supply1 wand ... |
02 邏輯狀態(tài)
在SV中锅必，除了支持內建字符序列的字符串類型搞隐、一般用來表示時間的實數(shù)類型、用來表示異常的事件類型外劣纲，其余眾多基本數(shù)據(jù)類型的每一比特都擁有一種邏輯狀態(tài)癞季，即0或1或者X或Z。每一種邏輯狀態(tài)的含義如下表绷柒。
| 邏輯值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 表示邏輯0或者False布爾值 |
| 1 | 表示邏輯1或者True布爾值 |
| X | 表示一個不確定的邏輯值 |
| Z | 表示一個高阻態(tài) |
SV中有些基本類型是支持四種邏輯狀態(tài)的，有些則只支持0和1兩種邏輯狀態(tài)恨憎。
做這種區(qū)分主要的原因是郊楣，四狀態(tài)的數(shù)據(jù)類型能夠正確地表達硬件特性。一般在工藝庫標準單元的原語中钥组，能夠看到硬件單元對于不同的邏輯狀態(tài)輸入的具體響應今瀑，通常我們需要關注X態(tài)和Z態(tài)在仿真中的傳播点把。
而二狀態(tài)的數(shù)據(jù)類型則更適合在驗證環(huán)境這種軟件領域去表達數(shù)值郎逃，畢竟少了兩個狀態(tài)可是少了一倍的內存開銷挺份，反正軟件視角下，數(shù)值基本都是非0即1的匀泊。
SV支持的基本數(shù)據(jù)類型按照邏輯狀態(tài)可以歸類如下表各聘。我一般是這么記的，原來Verilog當中支持的躲因，還有新來的logic都是四狀態(tài)的毛仪。而跟軟件概念沾邊的，比如比特箱靴、字節(jié)、長短int棍矛，就都是二狀態(tài)的抛杨。
| 狀態(tài)類型 | 數(shù)據(jù)類型 |
|---|---|
| 四狀態(tài) | integer reg wire tri logic |
| 二狀態(tài) | bit byte shortint int longint |
在SV應用中，除非有必要區(qū)分描述reg變量或者支持連續(xù)賦值的線網(wǎng)類型茁帽，一般建議使用logic類型來表示狀態(tài)變量屈嗤。在實際應用中，使用logic可以更加省心铁追，因為該新成員不僅擁有reg變量的性質茫船，同時又能被門單元驅動扭屁，支持連續(xù)賦值涩禀。唯一需要注意的是，logic不支持雙向驅動幔欧，也就是作為inout端口時丽声，還是老老實實用wire觉义。
03 賦值方式
上面在介紹數(shù)據(jù)對象的時候晒骇，提到了不同的存儲和賦值方式，將數(shù)據(jù)對象可以分為參數(shù)洪囤、變量和線網(wǎng)三種瘤缩。其中參數(shù)類型要求在聲明或者編譯的時候就賦上一個定值，在仿真的過程中是不允許修改的剥啤。而剩下的變量和線網(wǎng)兩大類才是數(shù)據(jù)對象的主角。
線網(wǎng)類數(shù)據(jù)對象可以被邏輯表達式刻诊、原語（primitive）輸出或者模塊端口進行連續(xù)賦值（continuous assignment）牺丙。如果有多驅的話，最終的值由其解析函數(shù)計算得到是整，即解析值民假。也可以理解為，線網(wǎng)類數(shù)據(jù)對象就是兩個硬件結構之間的物理連接事秀，它不能被用來像寄存器一樣保存值，它的取值一直都依賴于它的解析函數(shù)宰衙，這也是它之所以叫連續(xù)賦值的原因睹欲。另外，線網(wǎng)類數(shù)據(jù)對象可以被force語句強行置成某一個值袋哼，只有當release語句進行釋放的時候闸衫，它才會回彈到解析值。force和release語句在驗證環(huán)境中應該盡量少用弟翘。
變量類數(shù)據(jù)對象就比較厲害了骄酗，可以被一個或者多個過程語句（procedural statement）賦值，最終取值以最后一個寫賦值為準睛琳。變量類數(shù)據(jù)對象就跟C/C++中變量的玩法比較接近嘿歌，可以用來保存中間值。同時丧凤，它也可以被寫在一個always語句塊里步脓，并實現(xiàn)跟線網(wǎng)類型一樣效果的連續(xù)賦值。
對于變量來說仍侥，通常需要考慮默認值鸳君，即如果你聲明了它，但沒有給它賦值砸紊，那么在內存里面它到底是一個什么狀態(tài)呢？簡單的說沼溜，四狀態(tài)類型的默認值為X游添，二狀態(tài)類型的默認值為0，實數(shù)類型的為0.0找都，字符類型的為“”石抡，句柄類型的為null助泽，事件類型的為New event。
參考文獻
[1] IEEE Standard Association. "IEEE Standard for SystemVerilog-Unified Hardware Design, Specification, and Verification Language." (2013).
