英伟达深度学习加速器开源项目nvdla（NVIDIA Deep Learning Accelerator）中用到了一个python脚本epython。源代码地址：https://github.com/nvdla/hw/blob/master/tools/bin/epython 。epython全称embeded python utility，简单地说，就是用来预处理verilog文件中嵌入的python脚本。利用python语法的简洁性，来自动生成一些重复的、有规律的代码。

提出问题

我们在写Verilog代码时，状态机的编码一般是由parameter定义，如下：

​localparam IDLE  = 3'd0;
localparam START = 3'd1;
...
localparam START = 3'd7;

如果中间需要插入一个新状态，就可能要修改两部分。一是位宽可能加1，二是新插入的后面所有的状态都需要加1。

二进制、十进制、十六进制，可以利用Vim或Emacs列编辑、数据填充、格式化来重新编码。如果是格雷码或者独热码就会麻烦很多。

那么有没有一种比较简便的方法呢？

epython的一个应用

我们知道epython可以让verilog中嵌入python脚本，那么我们可以写一个脚本来做这个事情。

假设我们有若干个状态，用python的列表来描述就是：

st = ['IDLE', 'START', 'NEW', ‘DO_SOMETHING’， 'DONE']

那么我们是否可以仅跟据这个列表来自动产生localparam的定义呢？我们的目标是下面这个样子：

st = ['IDLE', 'START', 'NEW', 'DO_SOMETHING'， 'DONE']
stat_gen()​

我的方法步骤如下：

1. 计算列表长度，也就是状态个数stat_num

2. 计算状态编码的位宽，log2(stat_num)，再向上取整

3. 把0, ...,  stat_num-1进行编码转换，转成二、十、十六进制、gray、onehot等

4. 格式化输出

是不是很简单？

为了verilog中的嵌入python的简洁，我把主要的实现过程放在了python的module里，再import进来。最终手写verilog代码如下：

​//:| import vloglib
//:|  
//:| st = ['IDLE', 'FULL', 'WIN', 'PROT', 'WR_FULL', 'WR_WIN']
//:| vloglib.stat_gen(st, 'bin')
//:| 
//:) epython: generated_beg
//:) epython: generated_end
​

执行epython后，如下：

​//:| import vloglib
//:|  
//:| st = ['IDLE', 'START', 'NEW', 'DO_SOMETHING', 'DONE']
//:| vloglib.stat_gen(st, 'bin')
//:| 
//:) epython: generated_beg (DO NOT EDIT BELOW)localparam IDLE         = 3'b000;localparam START        = 3'b001;localparam NEW          = 3'b010;localparam DO_SOMETHING = 3'b011;localparam DONE         = 3'b100;
//:) epython: generated_end (DO NOT EDIT ABOVE)

格雷码效果如下：

//:| import vloglib
//:|  
//:| st = ['IDLE', 'START', 'NEW', 'DO_SOMETHING', 'DONE']
//:| vloglib.stat_gen(st, 'gray')
//:| 
//:) epython: generated_beg (DO NOT EDIT BELOW)localparam IDLE         = 3'b000;localparam START        = 3'b001;localparam NEW          = 3'b011;localparam DO_SOMETHING = 3'b010;localparam DONE         = 3'b110;
//:) epython: generated_end (DO NOT EDIT ABOVE)

独热码效果如下：

//:| import vloglib
//:|  
//:| st = ['IDLE', 'START', 'NEW', 'DO_SOMETHING', 'DONE']
//:| vloglib.stat_gen(st, 'onehot')
//:| 
//:) epython: generated_beg (DO NOT EDIT BELOW)localparam IDLE         = 5'b00001;localparam START        = 5'b00010;localparam NEW          = 5'b00100;localparam DO_SOMETHING = 5'b01000;localparam DONE         = 5'b10000;
//:) epython: generated_end (DO NOT EDIT ABOVE)

是不是效果还可以？

vloglib.py代码分析

代码如下：

import os
import sys
import re
import math
import bin2gray2bindef stat_gen(l_stat, code='dec'):#calc bit widthstat_num = len(l_stat)bit_width = math.ceil(math.log2(stat_num))#get the max lenght of strings in listl = [len(i) for i in l_stat]maxlenth = max(l)#print verilog codefor i in range(len(l_stat)):n = '  localparam {}'.format(l_stat[i]).ljust(13 + maxlenth)c = ''if code == 'bin':t = '{:b}'.format(i)t = t.rjust(bit_width, '0')c = ' = {}\'b{};'.format(bit_width, t)elif code == 'dec':c = ' = {}\'d{};'.format(bit_width, i)elif code == 'hex':t = '{:x}'.format(i)t = t.rjust(math.ceil(bit_width/4), '0')c = ' = {}\'h{};'.format(bit_width, t)elif code == 'gray':t = '{:b}'.format(i)t = t.rjust(bit_width, '0')t = bin2gray2bin.bin2gray(t, bit_width)c = ' = {}\'b{};'.format(bit_width, t)elif code == 'onehot':if i == 0:t = '0' * (stat_num - 1) + '1'else:t = t[1:] + '0'c = ' = {}\'b{};'.format(stat_num, t)print(n + c)

要点：

• math是数学库，使用了log2()和ceil()两个函数来计算位宽

• string的ljust(len)是指定宽度len，左对齐，不足的用空格填充。len由状态字符串的最大长度决定。

• 二、十、十六进制可以用sting.format()来格式化，再rjust(len)右对齐，填充‘0’

• 格雷码调用了一个第三方库bin2gray2bin

• 独热码采用字符串序列的拼接，来实现左移的效果

源码下载

下载地址：

https://github.com/chenfengrugao/vloglib

或者

git clone https://github.com/chenfengrugao/vloglib.git