system_verilog display format

1. 簡介

• $display 和 $write的區別:
  • $display系的系統函式：會在輸出的末尾自動新增換行符(newline character);
  • $write系的系統函式：游標會停留在輸出的末尾，不會自動換行。
• $display 和 $write相同之處:
  • 按照引數列表的順序輸出引數；
  • 引數可以是引號內的字串(quoted string literal)，表示式(expression) 和數值(value)；
  • 未指定輸出格式的 string 和未壓縮的 byte 資料型別，將按照字串型別輸出；
  • 其他未指定輸出格式的資料類型別是非法的。
• 未指定 轉義字元 輸出特殊字元和特殊格式時，$dispaly 和 $write 的輸出型別預設為 string。

2. 轉義字元 （Escape sequences）

轉義字元可以分為以下三類：

• ’ \ ’ 表示其後跟隨：文字或者不可列印字元(Literal or Nonprintable Character);
• ’ % ’ 表示其後跟隨：格式規範，為後續引數指定格式(Format Specification);
• ’ %% ’ 表示其後跟隨：%字元 (percent sign character).

2.1 轉義字元 ‘\’

Escaped Sequence	Character Produced by Escaped Sequence
\n	newline character -> 換行符
\t	tab character -> 製表符
\\	\ character -> 反斜槓
\"	“ character -> 引號
\v	vertical tab -> 縱向製表符
\f	form feed -> 換頁符
\a	Bell -> 響鈴
%%	% character -> 百分號
\ddd	(1)三位八進位制指定的字元，0 ≤ d ≤ 7； (2)字元少於3位，輸出非八進位制數字； (3)大於\377出錯；
\xdd	兩位十六進位制數字指定的字元，0 ≤ d ≤ F

注意： system_verilog中僅包含以上幾種型別的轉義字元(IEEE Std 1800TM-2017)，未出現於上表中的其他型別將輸出原來字元。如轉義字元’ \b ‘的輸出結果為‘ b ’。這與 c 語言中不同， c 語言中的 ‘ \b ’為退格，而SV中為字元’ b '.

轉義字元 >> 輸出示例：

2.2 格式說明符 ‘%’

2.2.1 整型資料格式

Argument	Description
%h or %H	hexadecimal -> 十六進位制
%d or %D	decimal -> 十進位制
%o or %O	octal -> 八進位制
%b or %B	binary->二進位制
%c or %C	ASCII -> ASCII碼
%l or %L	Library binding information -> 庫索引
%t or %T	time->時間
%u or %U	unformatted 2 value data ->二值型別
%z or %Z	unformatted 4 value data ->四值型別
%v or %V	net signal strength -> 線網型訊號強度
%m or %M	hierarchical name -> 層次名
%p or %P	assignment pattern ->
%s or %S	string -> 字串

• ‘%h’ ~ ‘%z’ 將整形資料顯示為對應格式，應用比較常見，此處不再贅述；
• ‘%l’ 可以顯示既定module的library資訊，如果某module例化自library0，例化名稱為module1，那麼最終的列印資訊格式為“ library0.module1 ” ；
• ‘%t’ 根據不同module的時間精度（precision）和時間單元（unit）顯示的格式可能不同；
• ‘%u’ ‘%z’ 常用於$fwrite函式，用於向檔案寫入資料；其中%u不區分’x’和’z’資料，並將其對映為’0’；%z嚴格區分x和’z’資料，將其分別對映為’x’，‘z’。

2.2.2 實數顯示格式

Argument	Description
%e or %E	exponential -> 指數型
%f or %F	decimal ->十進位制
%g or %G	exponential or decimal (shorter one)

數字型別 >> 輸出示例：

2.3 資料顯示尺寸

• 對錶達式引數而言，寫入輸出檔案的尺寸是自動調整的。例如：12 bit的資料在以 ‘hex’ 格式輸出的時候自動調整為3個字元長度，以 ‘decimal’ 格式輸出的時候，自動調整為4個字元長度，因為引數輸出的最大值為FFF（hexadecimal）和4095（decimal）。
• 預設設定：以十進位制顯示的資料格式，引數首部的 ‘0’（leading zeros）會被自動替換成空格（space）；對其他格式而言，leading zeros 正常顯示；ps：如上圖第一行列印資訊。
• 可以在%和字母之間插入域寬(field width)，改寫顯示的格式。注意：域寬只能是非負十進位制整型常亮（non-negative decimal integer constant) ;
  • field width == 0 ： 以最小位寬顯示，去除首部的空格和0；
  • field width == others ：以others的值顯示位寬，不去除首部的空格和0；
    • argument width < others: 向左擴充套件，增加位寬至others；(arguments 值靠在右側)
    • argument width > others: 顯示完整資料位寬（> others）；
    • decimal & string 向左擴充套件時，補空格 ’ '(space)，其他格式，補充 ‘0’.

數字尺寸 >> 輸出示例：

2.4 ‘x’ & ‘z’ 態資料顯示

• 十進位制 顯示規則 (decimal specification)
  • 全部 bits 為 ‘x’ 態 : 單個小寫 ‘x’ (single lowercase x);
  • 全部 bits 為 ‘z’ 態：單個小寫 ‘z’ (single lowercase z);
  • 部分 bits 為 ‘x’ 態：單個大寫 ‘X’ (single uppercase X);
  • 部分 bits 為 ‘z’ 態：單個大寫 ‘Z’ (single uppercase Z);
  • 部分 bits 為 ‘x’ 態 & 部分 bits 為 ‘z’ 態：單個大寫 ‘X’ (single uppercase X); (x takes precedence over z)
• 十六進位制/八進位制 顯示規則 (hexadecimal/octal specification)
  • 每 4 bits 為一組，對映 hex 的一位；每 3 bits 為一組，對映 octal 的一位; (single digit)
  • 某組內全部 bits 為 ‘x’ 態 : 單個小寫 ‘x’ (single lowercase x);
  • 某組內全部 bits 為 ‘z’ 態：單個小寫 ‘z’ (single lowercase z);
  • 某組內部分 bits 為 ‘x’ 態：單個大寫 ‘X’ (single uppercase X);
  • 某組內部分 bits 為 ‘z’ 態：單個大寫 ‘Z’ (single uppercase Z);
  • 某組內部分 bits 為 ‘x’ 態 & 部分 bits 為 ‘z’ 態：單個大寫 ‘X’ (single uppercase X); (x takes precedence over z)
• 二進位制 顯示規則 (binary specification)
  • each bit 分別顯示為 ‘0’ ‘1’ ‘x’ ‘z’;

‘x’ & ‘z’ 態 >> 輸出示例：

2.5 強度顯示格式

• %v or %V 格式定義用於顯示 標量線網型資料 的強度。
• 標量線網型資料顯示為三個字元(3-character)，前兩個表示強度(strength character)，第三個代表引數當前的邏輯值(current logic character)；
• 邏輯字元和強度字元的可選範圍如表2.5.1 和表2.5.2所示：

Table 2.5.1 Logic value of scalar nets

Arguments	Description
0	value 0 -> 邏輯0
1	value 1 -> 邏輯1
X	unknown value -> 不定值 ‘x’
Z	high-impedance -> 高阻 ‘z’
L	0 or high-impedance -> 0 或 ‘z’
H	1 or high-impedance -> 1 或 ‘z’

Table 2.5.2 Strength of scalar nets

Mnemonics	Strength name	Strength levels
Su	Supply drive	7
St	Strong drive	6
Pu	Pull drive	5
La	Large capacitor	4
We	weak drive	3
Me	Medium capacitor	2
Sm	Small capacitor	1
Hi	High-impedance	0

表2.5.2中定義了 4 種驅動強度和 3 種電荷儲存強度：驅動強度與 gate output 和 continuous assignment有關；電荷儲存強度用於 trireg 型別 net. (see clause 28 gate-level and switch-level modeling)

那麼邏輯字元和強度字元如何配合使用呢？

• 對邏輯 ‘0’ 和 ‘1’ :

  • 訊號強度為定值時，使用助記符(mnemonic)表示強度字元；
  • 訊號強度為區間時，使用兩位10進位制數字表示強度字元範圍(strength level中的等級，0~7)；

• 對不定值’x’ :

  • 訊號強度和邏輯’0’ & '1’相同時，使用助記符(mnemonic)表示強度字元；
  • 訊號強度和邏輯’0’ & '1’相同時，使用兩位10進位制數字分別表示邏輯 ‘0’ 和 ‘1’ 的強度(strength level中的等級)；

• 對於高阻態’z’

  • 只能採用 0 等級的Hi，表示高阻 ‘z’ 態的訊號強度；

• 對於 L 和 H：

  • 只能使用助記符(mnemonic)表示訊號強度；

  訊號強度 >> 輸出示例：

  

2.6 層次名格式 (Hierarchical name)

• %m or %M 不接受引數輸入。 相反，它使設計元素，子例程，命名塊或標記語句的層次結構名稱，該語句呼叫包含格式說明符的系統任務。 當某模組的許多例項呼叫系統任務時，%m可以指示具體哪個例項呼叫次任務。

2.7 Assignment pattern format

• ％p or %P 格式說明符可用於列印聚合表示式，例如解壓縮結構，陣列和聯合(unpacked structure,array,unions).
• 對於解壓縮的資料結構，遍歷搜尋該結構並列印找到的單值資料型別(single data type)，單值型別資料的輸出需要遵循以下要求：
  • 列舉型別：顯示列舉型別的name (其值在enum型別的有效範圍內)，否則顯示value；
  • 字串：顯示為雙引號內的字串形式(quoted string);
  • 各種控制程式碼：顯示預設格式名字，如果為空控制程式碼顯示 null；
  • 其他格式：按照未定義的預設格式顯示。
• %0p 格式說明符使得unpacked structure,array,unions可以以更短的形式顯示列印；
• %p 和 %0p 也可以用於列印單值表示式，此時顯示結果和上述的幾種顯示格式相同。

Assignment pattern format >> 輸出格式：

2.8 字串格式

• ％s or %S 格式說明符用於將ASCII程式碼以字元樣式列印。
• 對於出現在字串中的每個％s，相應的引數應遵循引數列表中的字串定義。
• 相關引數被對映為一個8位十六進位制ASCII碼序列，每8位代表一個字元。
• 如果引數是變數，則其值是右對齊的，以便該值的最右邊的位是字串中最後一個字元的LSB。
• 字串末尾不需要終止字元或值，並且永遠不會列印前導零(leading zeros)。
• 列印字串時，一般使用%s即可滿足要求，可以列印出全部字元。

>> IEEE Standard for SystemVerilog - Unified Hardware Design, Specification and Verification Language, 1800TM-2017
>> clause 21 Input/output system tasks and system functions

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