基本聯合體
在 SystemVerilog 中，聯合體只是信號，可通過不同名稱和縱橫比來加以引用。 其工作方式為通過 typedef 來聲明聯合，并提供不同標識符用于引用此聯合體。 這些標識符稱為“字段”。

例如：

typedef union packed {
logic [3:0] a;
logic [3:0] b;
} union_type;

union_type my_union;
復制代碼

以上代碼創建了一種新類型，名為“union_type”。

此類型的位寬為 4 位，可作為“a”或“b”來引用。

此外，代碼最后一行創建了一個新信號，名稱為“my_union”且類型為“union_type”。

其使用語法為“.”。

例如：

always@(posedge clk) begin
my_union.a end

always@(posedge clk) begin
out1 out2 end
復制代碼

在 Vivado 中運行此代碼時，原理圖如下所示：

圖 1：基本聯合體

請注意，my_union 位寬仍僅為 4 位，而以“a”或“b”來引用它的兩項賦值均采用相同邏輯。針對 my_union 的賦值使用的是“a”，而此聯合體的讀取結果針對 out1 和 out2 則分別使用“a”和“b”。

聯合體分兩種類型：打包 (packed) 和解包 (unpacked)。在上述示例中，我們指定的是打包聯合體。默認情況下，如果不指定類型，編譯器將假定它采用解包聯合體。打包聯合體與解包聯合體的差別在于，在打包聯合體中，其中所有標識符都必須采用打包類型，并且大小必須相同。在上述示例中，“a”和“b”位寬均為 4 位。但如果其中之一為 4 位，而另一個為 2 位，則該工具中將生成錯誤。而在解包聯合體中，標識符可采用解包類型并且大小無需相同。因此，在上述 4 位和 2 位聯合體示例中，刪除“packed”語句將使該工具能夠對 RTL 進行完整審查。總而言之，打包聯合體在綜合工具中所受支持更為廣泛，并且更便于概念化。對于本文中的前幾個聯合體示例，我們使用的是打包聯合體，但從此處開始直至文末，我們將展示解包聯合體示例。

含多維字段的聯合體
上述示例只是簡單演示了聯合體的作用。讓我們來看下較為復雜的聯合體示例：

typedef union packed {
logic [3:0] a;
logic [1:0][1:0] b;
} union_type;

union_type my_union
復制代碼

同上，首先對聯合體進行聲明，并創建類型為“union_type”的信號。差別在于，字段“a”位寬為 4 位，另一個字段“b”位寬同樣為 4 位，但后者排列為 2 個 2 位矢量。由于這兩個字段大小相同，并且字段“b”使用的是打包類型，因此這是一個合法的打包聯合體。其結構體如下所示：

圖 2：含多維陣列的聯合體

為此結構賦值的 RTL 如下所示：

always@(posedge clk) begin
my_union.a end

always@(posedge clk) begin
out1 out2 end
復制代碼

原理圖如下所示：

圖 3：多維聯合體的原理圖

含結構體的聯合體
聯合體還可配合結構體一起使用。就像所有打包聯合體一樣，結構體大小必須與聯合體中的任何其它類型的大小相同。 例如：

typedef union packed {
logic [9:0] data;
struct packed {
bit op1;
bit [2:0] op2;
bit [1:0] op3;
bit op4;
bit [2:0] op5;
} op_modes;
} union_type;

union_type my_union;
復制代碼

此 RTL 介紹的聯合體包含 2 個位寬均為 10 位的字段。第一個字段為名為“data”且位寬為 10 位的矢量。第二個字段采用包含 5 個字段的結構體，這些字段的大小總和同樣為 10 位。

為此創建的結構體如下所示：

圖 4：含結構體的聯合體

由于當前聯合體中包含結構體，因此其正確的引用方式是引用聯合體中的結構體：

always@(posedge clk) begin
my_mult end
復制代碼

解包聯合體
如果聯合體中的字段大小不同，或者如果聯合體中的字段本身使用的類型為解包類型，那么此類聯合體需聲明為解包聯合體。 對于前一種情況，如果指定的聯合體包含不同大小的字段，那么該聯合體本身大小將設置為最大字段的大小。 示例 RTL：

typedef union {
logic [5:0] a;
logic [3:0] b;
logic c;
} union_type;

union_type my_union;
復制代碼

這樣即可創建如下所示結構：

圖 5：含不同大小字段的解包聯合體

含結構體的解包聯合體
與打包聯合體相同，解包聯合體同樣可以使用結構體。

typdef struct {
bit [3:0] a1;
bit a2;
} s_1;

typedef union {
logic [7:0] b1;
s_1 b2;
} union_type

union_type my_union;
復制代碼

以上示例將創建一個含兩個字段的聯合體。其中一個字段為位寬 8 位的矢量“b1”，另一個字段為位寬 5 位的結構體，此結構體由一個位寬 4 位的矢量 a1 和一個位寬 1 位的矢量 a2 組成。 此聯合體將作為位寬 8 位的矢量來創建，如下所示：

圖 6：含結構體的解包聯合體

同上，由于聯合體中包含結構體，因此需按如下方式來引用信號：

always@(posedge clk) begin
my_union.b1 out1 out2 end
復制代碼

審核編輯：湯梓紅