Verilog基础：task和function的使用（一）

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1. 前言

任务（task）和函数（function）即提供了从不同位置执行公共过程的能力（因为这样可以实现代码共享），也提供了把大过程分解成小过程的能力（因为小过程更便于阅读和调试）。下面将介绍task和funtion之间的不同点，介绍如何定义和调用task和function。

注意：函数和任务都是可以综合的，但是有诸多的要求和限制，所以要谨慎使用。

2. task和function之间的不同点

下面列出了task和function之间的不同点。

function不能包含时序控制语句（如#延迟、@事件、wait电平），只能在一个仿真时间单位内进行；而task可以包含时序控制语句。
function不能调用task（这很好理解，因为task可能包含时序控制语句），而task可以调用function。
function至少要有一个input类型的参数，不能有output和inout类型的参数（函数通过返回值传递输出，而不是输出端口），而task既可以没有任何参数（就像testbench一样），也可以有各种类型的参数。
function返回一个值，而task不返回值。
function只能对输入值返回一个结果值，而task可以支持各种用途，可以计算并返回多个结果值。对于task，只有使用output和inout才能把结果值传递回来。function可以在表达式中当做操作数使用，操作数的值就是function的返回值。

例子：对16bits word交换byte，我们既可以用task实现，也可以用function实现。

//Use the task, old_word is input, new_word is output

switch_bytes (old_word, new_word);

//Use the function, old_word is input, new_word is returned value

new_word = switch_bytes (old_word);

3. task的声明和使能

task的使能（就是调用，但是在标准中对task使用的是enable，对function使用的是call），就是从一条可包含输入和输出的调用语句，控制从调用的过程转到task。当task完成时，控制再返回调用的过程，所以如果task包含时序控制的语句，那么调用task的时间和退出task的时间可能不同。task可以再使能（调用）其他task，没有数量的限制。

3.1 task的声明

task声明的语法如下：

Verilog-1995

Verilog-2001

task声明的说明：

1. 第一种是Verilog-1995的语法，传递的参数在task_identifier;后面依次声明。

2. 第二种是Verilog-2001的语法，传递的参数还可以在task_identifier();的括号内部定义，这是ANSI-C的风格。

3. 可以在task内声明各种类型的变量（reg、integer、real、realtime），parameter、local parameter以及event也是支持的声明的。

4. Verilog-2001新增了task的automatic特性，没有automatic的task是静态的，所有task声明的参数和变量都是静态分配存储空间，仿真器对所有并发执行的同一个task共享这些参数和变量。

5. 使用automatic的task是可重入的（Reentrant），仿真器对每个并发执行的task动态分配存储空间，即每个task拥有属于自己独有的一套变量，但在automatic task结束时，这些变量会被销毁。

3.2 task的使能和参数传递

task的使能就是把括号内以逗号分隔的表达式列表作为实际参数传递给task。

task使能的语法如下：

task传递的规则如下：

1. 如果task没有参数，那么使能时可以使用task_identifier();或者task_identifier;

2. 如果task有参数，那么表达式（实参）的个数要与task定义的参数对应，不能出现未连接的端口（module可以出现未连接的端口）。

3. 表达式列表中表达式的计算顺序是不定的。

4. 如果task的形参是input类型，那么对应的表达式（实参）可以是任何表达式。

5. 如果task的形参是output类型，那么对应的表达式（实参）要符合过程赋值LHS的规则（这与module不一样，module的output端口只能连接外部的线网型信号）。

6. 执行task是使能语句时，对应表达式的值（实参）被传入到input和inout形参中（只在执行时传入一次，这和module输入端口的连接不一样）。

7. 从task返回时，output和inout形参的值会被传回对应表达式（实参）中（只在返回时传回一次，这和module输出端口的连接不一样）。

8. 所有的参数按值传递，而不是按引用传递。即task内对输入形参的操作，不会影响输入实参。

例子：task使能

上图以两种方式定义了task，下面的表达式使能task。

task使能语句的实参v,w,x,y,z对应task形参a,b,c,d,e，在task被使能的时刻，input和inout类型的形参a，b和c分别接受实参v，w，x传递的值，就好像执行了以下的赋值语句。

实际上，task的输入输出端口默认都是reg类型，这和module不同，module的输入端口默认也只能是wire类型，module的输出端口可以被定义为reg类型或wire类型。

在task执行的过程中，task计算并改变形参c，d，e的值，在task结束时，将c，d，e的值赋值给实参x，y，z就好像执行了以下的赋值语句。

例子：使用task描述信号灯。

3.3 task的内存使用和并发进程

可重入任务（Reentrance task）对验证工程师非常重要，因为这些工程师需要多次并发地调用同一个task。但是很多人并不知道，Verilog-1995的任务使用静态变量，这就意味着在第一次任务调用还在运行的时候，对这个任务再做第二次调用，那么这两次任务调用使用的是同样的一组静态变量，这会给testbench带来严重的问题。

Verilog-2001对task和function作了扩充，增加了一个可选的属性automatic，每次在task或function调用时，局部变量要用的存储空间才被分配，这样就可以实现task和function的重入。重入就是在一个task或function执行期间，可以再次调用这个task或function。

下面是关于static task和automatic task之间的对比。

1. 对于static task，它的所有参数和变量都是静态的，不管并发地使能task多少次。所谓静态是指，对于模块的每个实例，仿真器只在初始时为static task声明的参数个变量分配一次存储空间，然后就一直使用，在执行时不再分配。注意：对于模块的不同实例，每个static task还是使用自己独立的存储空间。

2. static task中声明的变量，包括input、output和inout参数，会保持最后一次使用时候的值（因为是reg类型）。

3. 对于automatic task，当每次并发地使能它时，仿真器会为它的所有参数和变量分配新的存储空间。因为automatic task声明的参数和变量在task完成时要释放，所以task完成后就不能再使用他们。

4. automatic task中声明的变量和参数，包括input、output和inout参数，在仿真开始时的时候被初始化为默认值（x），而input和inout在使能时被初始化为表达式列表传进来的值。

对于static task和static function，它们的参数和变量具有静态的生命时间，就是这些变量只是在开始的时候分配一次，然后就一直使用它。这就导致这些参数和变量始终保持最后一次使用时的值。但是综合工具不这么看，综合工具认为task和function不会依赖这些参数和变量以前的值，认为每次调用的时候都要重新初始化这些参数和变量。这就有可能导致仿真和综合不一致。所以为了得到一致的结果，为了每次都重新分配这些参数和变量，我们应该使用automatic。

以上内容来源于《Verilog 编程艺术》，图源IEEE Verilog-2001 Standard