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LRM読解(Chap.10-3)
2008/11/05
10.3 Functions と function呼び出し ～ Functions and function calling functionの目的は，式中で使用するための値を返すことです．この節では，functionの定義の仕方と使い方について解説します．
10.3.1 Function宣言
syntax
function_declaration ::= (From Annex A - A.2.6)
function [ automatic ] [ signed ] [ range_or_type ]
function_identifier ;
function_item_declaration { function_item_declaration }
function_statement
endfunction
|
function [ automatic ] [ signed ] [ range_or_type ]
function_identifier ( function_port_list ) ;
block_item_declaration { block_item_declaration }
function_statement
endfunction
function_item_declaration ::=
block_item_declaration
| tf_input_declaration ;
function_port_list ::=
{ attribute_instance } tf_input_declaration
{ , { attribute_instance }tf_input_declaration }
tf_input_declaration ::=
input [ reg ] [ signed ] [ range ] list_of_port_identifiers
| input [ task_port_type ] list_of_port_identifiers
range_or_type ::=
range | integer | real | realtime | time
block_item_declaration ::= (From Annex A - A.2.8)
{ attribute_instance } block_reg_declaration
| { attribute_instance } event_declaration
| { attribute_instance } integer_declaration
| { attribute_instance } local_parameter_declaration
| { attribute_instance } parameter_declaration
| { attribute_instance } real_declaration
| { attribute_instance } realtime_declaration
| { attribute_instance } time_declaration
block_reg_declaration ::=
reg [ signed ] [ range ]
list_of_block_variable_identifiers ;
list_of_block_variable_identifiers ::=
block_variable_type { , block_variable_type }
block_variable_type ::=
variable_identifier
| variable_identifier dimension { dimension }
function定義は，'function'キーワードで始まり，オプショナルで'automatic'が続き，符号('signed')指定，rangeや関数の戻り値の型，function名と続いてから，セミコロン，または親で閉じたfunction port listにセミコロンとなり，'endfunction'で終わります．
'range_or_type shall'の使用はオプションです．'range'や'type'なしで定義されたfunctionは，戻り値はデフォルトで1bit reg型になります．もし使われたならば，'range_or_type'は，real型，integer型，time型，realtime型，[n:m] bit幅指定の値となるfunctionの戻り値を与えます．
A function shall have at least one input declared. functionは，たった一つの入力宣言を持ちます．keyworf 'automatic'は，各再帰呼び出しのために動的に確保される再帰可能なfunctionを宣言します．
- automatic functionのitemは，階層参照('hierarchical references')によるアクセスができません．
- automatic functionは，階層名('hierarchical name')を使うことで，起動することができます．
function入力は，2つの方法のうちの1つで宣言されます．
1つ目の方法は，セミコロンに続いてfunction名を持ちます．セミコロンのあと，1つ以上のオプション的な入力は，後述するblock item宣言と混ざって宣言します．function item宣言のあと，ビヘイビア文とendfunction keywordがあります．
2つ目の方法は，function名のあと，開き丸括弧と1つ以上の入力宣言をコンマ区切りで持ちます．全ての入力宣言のあと，閉じ丸括弧とセミコロンがあります．セミコロンのあと，０以上のblock itemが宣言され，続けてビヘイビア文，endfunction keywordとなります．
例:
以下の例は，'range'定義を使った，getbyteという名のfunctinoを定義します．
function [7:0] getbyte; input [15:0] address; begin // code to extract low-order byte from addressed word . . . getbyte = result_expression; end endfunction
function宣言の2つ目の様式を使って，以下のように定義することができます．
function [7:0] getbyte (input [15:0] address);
begin
// code to extract low-order byte from addressed word
. . .
getbyte = result_expression;
end
endfunction
10.3.2 関数からの戻り値 ～ Returning a value from a function
function定義は，暗黙的にfunctionと同じ名前で，関数内部の宣言をするものとします．この変数は，デフォルトで1bit reg変数か，function宣言中のtypeで与えられる型と同様になります．function定義は，function戻り値をfunction名と同じ名前の内部変数への代入によって，関数からの戻り値を初期化します．
function宣言と同じscopeにおいて，function名と同じ名前のobjectを宣言することはイリーガルです．関数内において，function内の式で使われる，function名の暗黙的な変数があります．これはまた，function内のscopeにおいても，function名と同じ名前のobjectを宣言することはイリーガルです．
以下のLRM 10.3.1の例の行は，このコンセプトを示します．
getbyte = result_expression;
10.3.3 function呼び出し ～ Calling a function
function呼び出しは，式中のオペランドです．function呼び出しは，以下の様式です．
function_call ::= (From Annex A - A.8.2)
hierarchical_function_identifier{ attribute_instance } ( expression { , expression } )
function呼び出しへの，引数の評価順序は，未定義です．
例)
以下の例は，LRM 10.3.1で定義されたgetbyte functionを2回呼び出した結果を結合して，wordを作ります．
word = control ? {getbyte(msbyte), getbyte(lsbyte)}:0;
10.3.4 functionルール ～ Function rules
functionはtaskよりも多くの制約があります．以下の６つのルールが，使用法を抑制します．a) function定義は，時間制御文(time-controlled statements，'#'，'@'，"wait")を含んではならない．b) functionはtaskをenableにしてはならない．c) function定義は，少なくとも１つの入力引数を含みます．d) function定義は，output/inoutと宣言された引数を持ちません．e) function定義は，function名と同じ名称の内部変数への代入による戻り値の代入を含みます．f) functionは，ノンブロッキング代入を持ちません．A function shall not have any non blocking assignments.
例)
この例は，integer値を返す"factorial"と呼ばれるfunctionを定義します．この"factorial" functionは，反復して呼び出され，戻り値を表示します．
module tryfact;
// define the function
function automatic integer factorial;
input [31:0] operand;
integer i;
if (operand >= 2)
factorial = factorial (operand - 1) * operand;
else
factorial = 1;
endfunction
// test the function
integer result;
integer n;
initial begin
for (n = 0; n <= 7; n = n+1) begin
result = factorial(n);
$display("%0d factorial=%0d", n, result);
end
end
endmodule // tryfact
The simulation results are as follows:
0 factorial=1 1 factorial=1 2 factorial=2 3 factorial=6 4 factorial=24 5 factorial=120 6 factorial=720 7 factorial=5040
10.3.5 constant functionの使い方 ～ Use of constant functions
"Constant function calls"は，"elaboration"時(LRM 12.1.3)において，複雑な値の計算の構築のサポート使われます．"Constant function call"は，functionへの引数が定数式("constant expressions")である，呼び出しモジュールへのローカルな"constant function"のfunction起動です．"Constant function call"は，以下の制約を満足する，通常のVerilog functionsのサブセットです．
- 階層的な参照を含まない
- constant functionの中で呼び出されたどんなfunctionも，current moduleへの局所的なconstant functionになります．（Any function invoked within a constant function shall be a constant function local to the current module.）
- System functions は呼び出されないこと．
- "constant function"の中のすべての"system tasks"が無視されるものとします。
- "constant function"の中の"system function"は，イリーガルになります．（All system functions within a constant function shall be illegal.）
- 呼び出す"system task"は"$display"で，"elaboration time"において呼び出されたときは無視されます．（The only system task that may be invoked is $display, and it shall be ignored when invoked at elaboration time.）
- 関数内で使われている全てのparameter値は，"constant function"呼び出しを使う前に定義されるべき．
i.e. "constant function"呼び出しの評価で使われるどんな"parameter"も， 元の"constant function"呼び出し位置で，その"parameter"の使用を構成する．(適用する?）
- "parameter"でもなく，"function"でもない全ての識別子は，current functionへ局所的として宣言されるべき．それら(they:functions?)が，defparam文(LRM 12.2.1)によって，直接的・間接的に影響を受ける"parameter"を使うならば，結果は未定義です．これは，errorを提供できるか，または，"constant function"が不定値を返すことができます．
- "generate"scope内で宣言されない
- 定数式を要求するあらゆるコンテキスト内で，"constant function"自身を使わない．（They shall not themselves use constant functions in any context requiring a constant expression.）
"constant function call"は，"elaboration"("綿密な仕上げ"の意)の時に評価されます．"elaboration"実行は，simulation時やelaboration時の複数の関数呼び出し間で使われる，変数の初期値に影響を与えない．これらの場合において，その変数は，通常のsimulationのために初期化されます．
例)
This example defines a function called clogb2 that returns an integer which has the value of the ceiling of the log base 2.
module ram_model (address, write, chip_select, data);
parameter data_width = 8;
parameter ram_depth = 256;
localparam adder_width = clogb2(ram_depth); //(訳コメント)定数項に対してfunctionを使う，てことですね.. やっと意味がわかった..
input [adder_width - 1:0] address;
input write, chip_select;
inout [data_width - 1:0] data;
//define the clogb2 function
function integer clogb2;
input depth;
integer i,result;
begin
for (i = 0; 2 ** i < depth; i = i + 1)
result = i + 1;
clogb2 = result;
end
endfunction
reg [data_width - 1:0] data_store[0:ram_depth - 1];
//the rest to the ram model
An instance of this ram_model with parameters assigned:
ram_model #(32,421) ram_a0(a_addr,a_wr,a_cs,a_data);