pylink

Link python model and RTL simulation.

###本プロジェクトの目的: scipy,numpyに代表される豊富な科学技術計算向けオープンソースライブラリを持つPythonを、DPI-C経由でRTL検証環境から叩くことにより、Pythonで記述されたアナログ回路や物理モデルとRTLで記述されたデジタル回路を並行してシミュレーションすることが目的です。モデル化によってFast SPICE系シミュレータより高速にシステムレベルシミュレーションを行います。結果はこんな感じ↓

###使用するための準備： 実行環境は全てフリーで揃えられるようにしています(Windows以外)。以下は著者が試した環境ですが、他のverilogシミュレータやPythonのバージョンでもコード自体は動作すると思います。makeの手順は変わると思いますが。

• OS:Windows 7

• Python:ver2.7を使用

• numpy,scipy,matplotlib:最新版を使用

• verilog simulator:Modelsim Altera STARTER EDITION 10.1e

###構成:

• Pythonファイル:

  • pylink.py: 信号の発生(低周波+高周波sin波)とアナログ部(アナログフィルター+デルタシグマAD)のモデル化を行い、タイムドリブンでシミュレートしています。返り値はデルタシグマの出力値です。シミュレーションと同時にデータの記録も行います。また下記のverilogが含むsincフィルターと同等のフィルターのモデルも含むため、結果をRTLと比較することが出来ます。
  • backend.py: データの読み込み、グラフの表示、クロス相関による遅延算出を行っています。

• Cファイル:

  • call_python_class.c: PythonAPIによりpythonクラス、関数を呼ぶためのラッパーです。

• systemverilogファイル:

  • top.sv: DPI-Cタスクを呼び出すtopモジュールとAD信号を処理するモジュールsinc_filterを含んでいます。

###インストール

git clone https://github.com/rfukatani/pylink.git

してください。 dll、.exeファイルは必要に応じて下記リンクからダウンロードしてください。ソースファイルからコンパイルすることも可能です。使用する場合はソースファイルと同じディレクトリにおく必要があります。

コンパイル済cファイル(.exe)は下記リンクから入手できます↓ https://github.com/rfukatani/pylink/releases/download/v0.1/call_python_class.exe

構成済dllは下記リンクからダウンロードします↓ https://github.com/rfukatani/pylink/releases/download/v0.1/cimports.dll

###使い方: ①Python単体、②CからPythonを叩く、③verilog simulator-C-Pythonの三つの環境で実行できます。 ①②の場合、RTLからの結果はゼロとみなされデータに格納されます。 いずれの場合も結果はbackend.pyを実行して確認します。

• Python単体の場合: pylink.pyのmainを実行してください。

• CからPythonを叩いて実行: call_class_python.cを下記のようにコンパイルして実行してください。

gcc .\call_python_class.c -I C:\Python27\include -L C:\Python27\libs -lpython27 -o call_python_class call_class

コンパイル済ファイルは下記リンクから入手できます↓ https://github.com/rfukatani/pylink/releases/download/v0.1/call_python_class.exe

• modelsimで(構成済dllを使う)： dllをダウンロード下記リンクからダウンロードします↓ https://github.com/rfukatani/pylink/releases/download/v0.1/cimports.dll

modelsimでワークディレクトリを作製していない場合は

vlib work

のようにワークディレクトリを作成してください。

modelsimにて、top.svをコンパイルしてください。

vlog top.sv

そして下記のようにdllをインポートしてシミュレーションを実行します。

vsim -c -sv_lib cimports top -do "add wave -r /*;run -all;quit -sim"

• modelsimで(dllをコンパイルする)： modelsimにて、top.svをコンパイルしてください。 そして以下のコマンドをmodelsim上で入力し、dll作成に必要なファイルを吐き出させます。

vlog -novopt -dpiheader dpiheader.h top.sv vsim top -dpiexportobj cexports.obj -c

windowsのコマンドプロンプトから、以下を実行し、dllを作成してください。

gcc -c -g -I C:\Python27\include -L C:\Python27\libs -lpython27 call_python_class.c -o call_python_class.obj gcc -shared -I C:\Python27\include -L C:\Python27\libs -o cimports.dll call_python_class.obj cexports.obj C:\altera\14.0\modelsim_ase\win32aloem\mtipli.dll -lpython27

ここまでがdll作成。dllができたら、再びmodelsimに戻り、

vsim -c -sv_lib cimports top -do "add wave -r /*;run -all;quit -sim" してください。

###改変のコツ: dllの変更をできるだけ減らす(=.cファイルを編集しない)のがコツです。 dllを固めれば再コンパイルする必要なく、Pythonは改変することが出来ます。 .svだけが変わる場合もdllは再コンパイルする必要がありません。 DPI-C部分が変わる場合はdllを再コンパイル必要が出てきます。

Python,C,systemverilogのどこがおかしいかわからなくなったら、verilog simulatorで全て同時に動かすのではなく、Pythonだけで動かしたり、C-Pythonで動かしたりしてみてください。

###ライセンス： このプロジェクトはGPLV2でライセンスしています。商用非商用問わずフリーで利用できますが、変更・修整のあるなしに関わらず再頒布する場合はこのプロジェクトのコードを含んでいることを明記し、要請がある場合はソースコードを全て開示する義務があります。また、このコードを利用したことにより受けた損害の責務を著作者は負いません。詳細はLICENSEをご覧ください。

###履歴 2014.10.04:とりあえず動く版として公開しました。不備がありましたら、[email protected]までご指摘いただければ幸いです。

###最後に： このプロジェクトは2014/10/3 Design solution forumにおいて開催されたsystemverilogハッカソンにおいて発表ものです。モデレータの@vengineer様、Design solution forum運営の皆様、その他ご支援いただいた皆様にこの場を借りてお礼申し上げます。業界初の試み問うことでしたが、おもしろい機会を与えていただきありがとうございました。