Bluespec SystemVerilog (BSV) 是由Arvind 開發(fā)的 Bluespec 語言，這是一種高級功能 硬件 描述編程語言，本質(zhì)上是Haskell（Haskell ( / ?h ?s k ?l / ) 是一種通用的、靜態(tài)類型的、純函數(shù)式 編程語言，具有類型推斷和惰性求值。）的擴展，用于處理一般的芯片設(shè)計和電子設(shè)計自動化。Bluespec的主要設(shè)計者和實現(xiàn)者是Lennart Augustsson。Bluespec 被部分評估（轉(zhuǎn)換 Haskell 部分）并編譯為術(shù)語重寫系統(tǒng)(TRS)。它帶有一個SystemVerilog前端。BSV 編譯為Verilog RTL 設(shè)計文件。

為什么要 BSV？Verilog 不好用？

BSV 是一門高級硬件描述語言（High-Level Hardware Description Language, HL-HDL），與 Verilog 一樣，被用于 FPGA 或 ASIC 的設(shè)計和驗證。BSV 于 2003 年被 Bluespec 公司開發(fā)，期間是商業(yè)收費工具，到 2020 年它的編譯器才開源，這才給了我們接觸它的機會。

Verilog 的語法簡單、特性少，卻能全面且精準(zhǔn)地描述數(shù)字電路，是“小而美”的語言。學(xué)習(xí) Verilog 時，只需要掌握3種常見寫法：assign， always @ (*) 和 always @ (posedge clk) ，剩下的就依賴于你對電路設(shè)計的理解了。當(dāng)然，這才是最難的，包括各種繁雜的硬件設(shè)計思維——狀態(tài)機、并行展開、流水線化、握手信號、總線協(xié)議等。

各位讀到這里有沒有意識到問題——用如此簡單的抽象級別來描述如此復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)，會不會很吃力？相信每個接觸過復(fù)雜的 Verilog 系統(tǒng)的讀者，都體會過被 always 塊下的幾十個狀態(tài)所支配的恐懼，也清晰地記得模塊實例化時那幾十行嚇人的端口連接。因此，我們需要一種抽象層次更高的 HDL 來提高開發(fā)效率，BSV 就能勝任這一工作。

以上內(nèi)容來源于：

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https://zhuanlan.zhihu.com/p/469917984

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對BSV有興趣的可以看看上面文章《爆肝6萬字的 Bluespec SystemVerilog (BSV) 中文教程上線了》。

今天的核心是使用BSV設(shè)計一款游戲，看下在實際設(shè)計中BSV表現(xiàn)如何~

使用BSV設(shè)計《太空入侵者》

緒論

2020年1月，Bluespec開源了bsc（Bluespec SystemVerilog Compiler）。因此我安裝了 bsc，這是一個編譯器，可以對用BSV (Bluespec SystemVerilog)編寫的設(shè)計進行高級綜合。BSV 與任何其他語言一樣，無法通過閱讀手冊來學(xué)習(xí)，我認(rèn)為學(xué)習(xí)新語言的唯一方法是實際設(shè)計應(yīng)用程序。因此，我嘗試使用 BSV 設(shè)計《太空入侵者》游戲。

BSV

簡而言之，Verilog HDL 是一種標(biāo)準(zhǔn)化為 IEEE 1364 的硬件設(shè)計語言 (HDL)，而 SystemVerilog 是其標(biāo)準(zhǔn)化為 IEEE 1800 的擴展。BSV 是進一步擴展 SystemVerilog 的 HDL。

使用設(shè)備

使用的開發(fā)板如下：

第一步 - 聲音 FSM（有限狀態(tài)機）設(shè)計

第一次應(yīng)用BSV時，聲音狀態(tài)機的規(guī)模比較小，所以這是第一個設(shè)計目標(biāo)。

確定聲道

游戲中使用了 10 種不同的聲音；需要確定同時發(fā)生的數(shù)量（=聲道的數(shù)量）。考慮到游戲場景中同時發(fā)生的條件，假設(shè)有4個通道：玩家自己的船的聲音、入侵者的聲音1和2、UFO的聲音。

聲音系統(tǒng)框圖

框圖如下圖所示。聲音FSM從之前的設(shè)計擴展到4個通道。

第二步——游戲FSM設(shè)計

然后繼續(xù)進行游戲FSM的狀態(tài)機設(shè)計。

在設(shè)計聲音 FSM 時，我使用基于狀態(tài)的設(shè)計方法來設(shè)計 FSM 。本文中的基于狀態(tài)的FSM設(shè)計方法是指將序列手動分解為狀態(tài)，并為每個狀態(tài)一一編寫規(guī)則的方法。這種方法基本上需要與Verilog相同的工時。換句話說，使用高級語言沒有什么好處。

另一方面，BSV 有一個名為StmtFSM的庫，可以高效地設(shè)計狀態(tài)機。在這個游戲FSM中，我充分利用了這一點，設(shè)計時無需手動進行狀態(tài)分解。在本文中，這種方法將被稱為基于序列的方法。

博弈FSM算法

基本上，我發(fā)現(xiàn)游戲可以用與用C編寫相同的方式來編寫。例如，如果我考慮子彈移動、碰撞檢測、碰撞處理以及顯示和擦除爆炸標(biāo)記的算法，則算法是對于自己和敵人的子彈來說都是一樣的，如下所示。

if(bullet_explosion_timer>=1){//Bulletexploding
bullet_explosion_timer++;
if(bullet_explosion_timer==MAX){
bulletdeletion;//logicaldeletion
erasebullet_explosion_mark;//logicalerasure
bullet_explosion_timer<=?0;
????}
}?else?{
????if?(no?bullets?and?bullet?generation?condition)?{
????????bullet?generation?process;
????????bullet?sound;?//?only?own?bullets,?no?sound?for?enemy?bullets
????}
????if?(bullet?exists)?{
????????Collision?detection;
????????if?(collision?with?object)?{?//?invader?and?UFO?for?own?bullets,?ship?for?enemy?bullets
????????????delete?bullet;?//?logical?deletion
????????????erase?bullet_mark;?//?Physical?deletion
????????????object?state?<=?explosion;
????????????object_explosion_timer?<=?0;
????????}?else?if?(up?down?hash?||?base?||?bullets)?{?//?bullets:?if?own?bullets,?enemy?bullets;?if?enemy?bullets,?own?bullets
????????????erase?bullet_mark;?//?physical?erase
????????????show?bullet_explosion_mark;
????????????bullet_explosion_timer?<=?1;?//?start?timer
????????}?else?{?//?if?no?collision
????????????advance?bullet;?//?if?no?collision,?advance?the?bullet;?//?if?no?collision,?advance?the?bullet
????????}
????}
}

另一方面，該對象需要專門的處理，如下面的代碼所示。

if(objectstate==explosion){
if(object_explosion_timer==0){
object_explosion_timer<=?1;?//?start?timer
????????object?explosion?sound;
????????show?object_explosion_mark?;
????}?else?{
????????object_explosion_timer++;
????????if?(object_explosion_timer?==?MAX)?{
???????????delete?object;?//?logical?deletion
???????????erase?object_explosion_mark;?//?physical?erasure
????????}
????}
}

通過應(yīng)用 StmtFSM，可以將項目符號序列描述為一種算法，而無需將其分解為逐個時鐘狀態(tài)。我用類C語言編寫了上面的偽代碼，但我只需要將BSV中的'{'更改為seq ，將'}'更改為endseq 。if、while、for等控制語法由bsc進行行為綜合，并轉(zhuǎn)換為Verilog中的狀態(tài)機。

游戲完成

下面的動圖展示了可能是世界上第一部由 BSV 設(shè)計的《太空入侵者》游戲的視頻。

完整的入侵者層次結(jié)構(gòu)如下圖所示。Button_0 只是一個對板載開關(guān)和外部開關(guān)進行或運算的電路。入侵者_移動_0是BSV設(shè)計的游戲FSM。blk_mem_gen_0是連接到游戲FSM的ROM，用于存儲入侵者的模式等。

BSV的優(yōu)勢

雖然 BSV 看起來效率更高，但它增加了 bsc 的編譯時間，對于大型設(shè)計來說可能會超過一個小時。因此，對于這樣的設(shè)計，修改、模型創(chuàng)建和仿真的TAT（周轉(zhuǎn)時間）將非常長，這可能使其效率低于Verilog。然而，Bluesim 中的仿真速度比 iverilog 中快約 3, 000 倍。

總結(jié)

代碼如下：

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https://github.com/mocapapa/SpaceInvaders_BSV_Ultra96v2

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對于這一“語言”，其發(fā)展肯定會在某一方面有突出優(yōu)點，之后才能被慢慢接受，類似SpinalHDL/CHISEL等，但是該門語言目前未在業(yè)內(nèi)受到重視，但是未來的發(fā)展我抱有希望~