Yosys 综合

实例

一般 FPGA IDE 的第一步都是RTL 综合（Synthesis）。之后就能看到数字电路图了。然后可以做RTL 级的仿真模拟。

直接上代码，这里我们看一个简单的加法器来学习。

module adder(
  input  [7:0] a,
  input  [7:0] b, 
  input        ci, // carry in

  output [7:0] sum, 
  output        co // carry out    
);

  wire   [8:0] tmp;  // 多一位是为了输出进位

  assign tmp = a + b + ci;  // 算上进位
  assign sum = tmp [7:0];
  assign co  = tmp [8];     // 输出进位
endmodule

如何综合

写一个yosys脚本：

read_verilog adder.v
hierarchy -check
proc; opt; memory; opt; fsm; opt
show -format dot -prefix ./adder_rtl
write_json out.json 

这个 .ys 文件是用于 yosys 工具的脚本，它指定了如何对 Verilog 设计文件进行综合。本脚本的作用是读取一个 Verilog 文件，并执行一系列综合步骤，最后生成一个 JSON 格式的输出文件以及一个 RTL (寄存器传输级) 图。以下是对脚本各部分的详细解释：

1. 读取设计

   read_verilog adder.v
   

   • read_verilog 命令读取指定的 Verilog 文件 (adder.v) 并将其载入到 yosys 的设计数据库中。这个文件应该包含你要综合的硬件描述代码。

2. 层次结构检查

   hierarchy -check
   

   • hierarchy 命令检查设计的模块层次结构，确保所有的模块引用都是一致的，并且所有的子模块都能找到。-check 选项会在检查过程中报告任何发现的问题。

3. 高级综合步骤

   proc; opt; memory; opt; fsm; opt
   

   • 这一系列命令执行了多步优化和转换处理：
     • proc：处理进程，转换所有的进程 (always 块) 成为数据流图 (DFG)。
     • opt：优化设计，执行一系列常规优化步骤以简化和优化电路。
     • memory：处理和优化存储器 (RAM, ROM)，将其转换成适当的实现。
     • opt：再一次优化设计，以利用前一步的转换可能带来的新优化机会。
     • fsm：处理有限状态机 (FSM)，将 FSM 转换成最优实现。
     • opt：最后再进行一次优化，确保所有前面的转换和优化都得到充分利用。

4. 展示设计

   show -format dot -prefix ./adder_rtl
   

   • show 命令生成设计的图形表示。-format dot 选项指定输出格式为 DOT 格式 (Graphviz 使用的图形描述语言)，-prefix ./adder_rtl 选项指定生成的文件前缀为 ./adder_rtl。最终会生成一个 ./adder_rtl.dot 文件，该文件可以用 Graphviz 工具进行可视化。

5. 生成 JSON 输出

   write_json out.json
   

   • write_json 命令将当前设计写入 JSON 格式文件 out.json。这个文件包含了综合后的设计信息，可以用于其他工具进行进一步处理或分析。

运行脚本：

yosys ./synthesis_rtl.ys

这时我们可以看到out.json和 adder_rtl.dot 文件。

查看 RTL 原理图

.dot 文件如何看呢？运行如下命令即可。我用的是Ubuntu22.04， dot 应该已经默认安装了。

dot -Tpng adder_rtl.dot > adder_rtl_dot.png