Verilog 文件操作-$fdisplay，$fwrite，$fstrobe，$fmonitor

在Verilog 仿真中，利用$fopen打开文件后，需要对文件进行读写操作。在Verilog 语法中提供$fdisplay，$fwrite，$fstrobe，$fmonitor 等系统函数，帮助开发者将数据写回到文件中。下面就针对写操作的相关函数进行讲解。

1. $fdisplay 函数：

语法解析：

$fdisplay(<file_desc>, "<string>", variables);

file_desc ：文件句柄，表示要对哪个文件进行写操作
string：为写入文件的格式
variables： 为写入的数值。

注意在string之后一般会使用特殊字符（%）表示有关variable的信息。使用时，编译器会识别 string中的% 字符并知道variables的具体格式规范。有关所有格式规范的完整说明，请参见下表。如果需要显示 % 字符，使用双百分号（%%）。

%d or %D	十进制
%b or %B	二进制
%h or %H	十六进制
%o or %O	八进制
%c or %C	ASCII 字符
%s or %S	字符串
%t or %T	时间格式

$fdisplay 的使用方法和$display系统函数的使用方法很类似，$display是将格式化的结果输出到控制台上，而$fdisplay 是将格式化的输出结果写入到文件中。

例1 打开一个文本文件，并写入相关的数据：

`timescale 1ns / 1ps

module sim_top( );
    
localparam FILE_NAME = "../../../led_sim.txt";
integer file_handle = 0;
initial begin
    file_handle = $fopen(FILE_NAME,"w");
    if(!file_handle)
    begin
        $display("Could not open File \r");
        $stop;
    end
    $fdisplay (file_handle, "new data1: %h", file_handle);
    $fdisplay (file_handle, "new data2: %h", 16'h1234);
    $fdisplay (file_handle, "new data3: %d", 123);
 
    $fclose(file_handle);    

    #200;
    $stop;
end

endmodule

$fopen 用来打开操作系统上的文件，$fdisplay 将数据格式化写入到文件中去。$fclose 用于将文件关闭。由于打开的文件为文本格式的。所以存储的文件也是可以被文本工具打开的。

图1

从图1 中可以看出，使用$fdisplay 函数，每次操作自带换行操作。

$fdisplay函数与$display 函数非常类似，对不同过程中返回变量的结果，需要注意之间的先后顺序。

例2：观察$fdisplay 中使用了连续赋值的结果作为输入参数。

`timescale 1ns / 1ps
module sim_top( );
    

wire [3:0] y;
reg  [2:0] a = 1, b = 2;

assign y = a + b;

localparam FILE_NAME = "../../../led_sim.txt";
integer file_handle = 0;
initial begin
    file_handle = $fopen(FILE_NAME,"w");
    if(!file_handle)
    begin
        $display("Could not open File \r");
        $stop;
    end

    $fdisplay (file_handle, "new data1: %h", file_handle);
    $fdisplay (file_handle, "new data2: %h", 16'h1234);
    $fdisplay (file_handle, "new data3: %d", y);
    #10;
    $fdisplay (file_handle, "new data3: %d", y);
  
    $fclose(file_handle);    
    #200;
    $stop;
end

endmodule

图2

从图2 中可以看出第一次对new data3 输出没有得到 y = a + b 的结果，之后延迟了10ns后，再次写入new data3 得到了正确的结果。

打开一个二进制文件，并写入相关的数据：

`timescale 1ns / 1ps

module sim_top( );
    
wire [3:0] y;
reg  [2:0] a = 1, b = 2;
assign y = a + b;

localparam FILE_NAME = "../../../led_sim.hex";
integer file_handle = 0;
initial begin
    file_handle = $fopen(FILE_NAME,"wb+");
    
    if(!file_handle)
    begin
        $display("Could not open File \r");
        $stop;
    end
    $fdisplay (file_handle, "%c", 16'h1234);
    $fdisplay (file_handle, "%c", 16'h39);
    $fdisplay (file_handle, "%x", 16'h1234);
    $fdisplay (file_handle, "%c", 16'h1234);
    $fdisplay (file_handle, "%c", y);
    #10;
    $fdisplay (file_handle, "%c", y);

    $fclose (file_handle);  
  
    #200;
    $stop;
end
    
endmodule

图3

图4

从图3，图4 可以看出：

1）16’h1234 ，由于是%c 作为参数，所以只有8’h34 被写入到文件中
2）8’h39 被写入到文件中
3）16’h1234 ，虽然使用%x作为参数，但是却被当中字符串形式写入。即 1 => 31；2 => 32；3 => 33；4 => 34；
4）情况和 1）相同
5）由于 assign y = a + b; 所以这时还没有得到结果，这一点和$display 函数相同
6）过了10ns 后，y 的结果已经确定为 3，所以这时写入文件是8’h03。

从这里我们可以看出， $fdisplay 写入二进制文件时，只有%c 比较好用，其他格式都会有些不好理解。同时$fdisplay 有换行的操作，不利于二进制文件生成。

2 使用$fwrite 系统函数

$fwrite(<file_desc>, "<string>", variables);

file_desc：文件句柄， 指示需要被写入的文件。
string：文件写入格式
variables：写入文件的内容。

$fwrite 和$write 的使用也是很类似的，和$display，$fdisplay 系统函数比较，但没有自动换行操作。

$fwrite 函数的使用方法与$fdisplay 类似，只是$fwrite 信号没有缺省的换行操作。

`timescale 1ns / 1ps

module sim_top( );
    
wire [3:0] y;
reg  [2:0] a = 1, b = 2;
assign y = a + b;

localparam FILE_NAME = "../../../led_sim.hex";
integer file_handle = 0;
initial begin
    file_handle = $fopen(FILE_NAME,"wb+");
    
    if(!file_handle)
    begin
        $display("Could not open File \r");
        $stop;
    end
    $fwrite (file_handle, "%c", 16'h1234);
    $fwrite (file_handle, "%c", 16'h39);
    $fwrite (file_handle, "%x", 16'h1234);
    $fwrite (file_handle, "%c", y);
    #10;
    $fwrite (file_handle, "%c", y);

    $fclose (file_handle);  
  
    #200;
    $stop;
end
    
endmodule

图5

图6

从图5，图6 可以看出， $fwrite函数和$fdisplay 函数写入文件非常类似，只是$fwrite 没有换行输出特性，可以连续写入数据。使用%c 可以写入相应的二进制数据到文件中。

注意：

1）%c 写入二进制文件时是 8bit的格式。例如： $fwrite (file_handle, “%c”, 16’h1234); 输入数据是16’h1234，但是只有 8’h34被写入到文件中。

2）%x 在使用$fwrite 时，和$fdisplay 情况相同，都是按照字符串形式写入到二进制文件中。

3 $fstrobe 使用

$fstrobe(<file_desc>, "<string>", variables);

file_desc： 文件句柄，表示对哪个文件进行写操作
string：输出文件的格式，可以参考$display 的格式用法
variables：准备写入的变量

$fstrobe 和 $strobe 函数的使用类似，都是在时间节点到达时，执行函数。

`timescale 1ns / 1ps
module sim_top( );
    
wire [3:0] y;
reg  [2:0] a = 1, b = 2;
assign y = a + b;

localparam FILE_NAME = "../../../led_sim.hex";
integer file_handle = 0;
initial begin
    file_handle = $fopen(FILE_NAME,"wb+");
    
    if(!file_handle)
    begin
        $display("Could not open File \r");
        $stop;
    end

    $fstrobe (file_handle, "%h", $time);
    $fstrobe (file_handle, "%h", 16'h5678);
    $fstrobe (file_handle, "%h", y);
    $fstrobe (file_handle, "%c", y);
    a = 5;
    $fstrobe (file_handle, "%h", y);
    #10;
    a = 4;
    $fstrobe (file_handle, "%c", y);

    $fclose (file_handle);    
    #200;
    $stop;
end

endmodule

图7-1 文本显示

图7-2 二进制显示

从上图7-1，图7-2的仿真结果可以看出：$fstrobe 系统函数的使用和$strobe 函数的使用非常类似，也就是说只有到了时间节点后，如果变量相同，到了时间节点后，统一评估，并写入到文件中。当 a = 4时，虽然后面还有$fstrobe 函数，但是这时文件已经关闭了，所以最新的y 值并没有被写入到文件中去。

4 $fmonitor函数使用

$fmonitor(<file_desc>, "<string>", variables);

file_desc： 文件句柄，需要写入的文件
string：字符表达式，具体可以参考$display
variables：写入的数据

$fmonitor和$monitor 系统函数的使用类似，只有当variables 列表中发生变化，时间节点到达时才执行函数。也就是说，只要触发条件就可以自动打印输出。

`timescale 1ns / 1ps

module sim_top( );

wire [3:0] y;
reg  [2:0] a = 1, b = 2;
assign y = a + b;

localparam FILE_NAME = "../../../led_sim.hex";
integer file_handle = 0;
initial begin
    file_handle = $fopen(FILE_NAME,"wb+");
    
    if(!file_handle)
    begin
        $display("Could not open File \r");
        $stop;
    end

    $fmonitor (file_handle, "%h", $time);
    $fmonitor (file_handle, "%h", 16'h5678);
    $fmonitor (file_handle, "%h", y);
    a = 5;
    a = 4;
    #10;
    a = 3; 
    a = 4;
    a = 7;
    #10;
    a = 4; 

    $fclose (file_handle);    
end

endmodule

图8

上例中，我们可以看到，$fmonitor 可以监控数据的改变，不需要每次都调用$fmonitor。当时间节点到达时，如果变量被多次赋值，按照最后一次赋值的结果输出。

注意当a = 4时，文件就关闭了，所以最后一次的计算，并没有写入到文件中。

5 总结

$fdisplay ：适合文本文件格式输出，可以随时写入。

$fwrite ：适合二进制文件格式输出，没有额外的换行操作。可以随时写入的文件。

$fstrobe：在时间节点或事件到达时，统一评估变量的值，并输出每个$fstrobe 的结果到文件中。

$fmonitor：对于变量监控，只要在初始化时，声明一次即可。

注：在文件文件打开和关闭中介绍了基本文件操作模式，其实，文件的操作模式还可以扩展使用：

“r+”, “rb+”	Open for both reading and writing
“w+”, “wb+”	Truncate or create for update
“a+”, “ab+”	Append, or create new file for update at EOF

更多的细节，请参照相关视频。

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Verilog 文件操作-$fdisplay，$fwrite，$fstrobe，$fmonitor

1. $fdisplay 函数：

例1 打开一个文本文件，并写入相关的数据：

打开一个二进制文件，并写入相关的数据：

2 使用$fwrite 系统函数

3 $fstrobe 使用

4 $fmonitor函数使用

5 总结

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