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如何在Mac OS X上安裝Verilog環境

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一句話摘要：使用 Icarus Verilog 來編譯 Verilog、使用 GTKWave 來顯示波形

為了資工系的數位電路設計課，我們需要一個能夠編譯 Verilog 這個硬體描述語言(HDL)的環境，並且要能模擬電路運作狀況加上顯示波形。

老師建議的編譯環境是ModelSim，但是它只支援 Windows，我目前還沒找到 Mac OS X 或是 Linux 的版本，所以我只好另尋他法，找看看有沒有其他能夠編譯 Verilog 的工具。

我找到了Icarus Verilog，它是針對 Linux 的 Verilog 編譯器，而在 Mac OS X 底下，我們可以藉由 Command Line 來使用它。

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安裝 Icarus Verilog

這是Icarus Verilog 的安裝指南，很完整的說明了怎麼在各種作業系統上安裝它，不過是英文的，而且字有點多。

對於 Mac OS X 你有兩種安裝手段，編譯程式原始碼來安裝，或是透過套件管理系統安裝，對於我這種懶人來說，當然是選擇使用套件管理系統囉！

我使用Homebrew來安裝 Icarus Verilog，如果你還沒有安裝 Homebrew，去把它裝起來吧！身為一位 Mac 用戶兼資工系學生，Homebrew 必備呀！

你可以在你的 Command Line 裡輸入這段文字來安裝 Homebrew（請忽略最左方的$符號，這是 Command Line 的提示字元）：

$ /usr/bin/ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"

接著使用這段 homebrew 的指令來安裝 Icarus Verilog：

$ brew install icarus-verilog

OK！現在你已經成功安裝了 Icarus Verilog 了！Homebrew 就是這麼的神奇！

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測試 Icarus Verilog

安裝完了一個新程式，當然是要測試一下它的功能正不正常呀，這時就輪到經典 Hello World 測試程式登場了！

首先建立一個新文件命名為 hello.v，內含以下內容（Verilog 的源碼檔副檔名為.v）：

module main;
  initial
    begin
      $display("Hello, World");
      $finish ;
    end
endmodule

接著使用 iverilog 指令來編譯 hello.v，使用-o hello 來指定以 hello 來作為產生的可執行檔檔名：

$ iverilog -o hello hello.v

最後，使用 vvp 指令來執行 hello 這個可執行檔，只要你看到 Hello, World 這個輸出，就代表你的 Icarus Verilog 安裝成功了：

$ vvp hello
Hello, World

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安裝 GTKWave

接著，為了能夠更方便地查看電路運作的狀況，你需要一個波型顯示軟體，我使用GTKWave，這是一個可以跑在 Mac OS X、Linux、和 Windows 上的波型顯示軟體，使用效果如下圖（截圖自官網）：

13010278_1324168817596781_1227376771_o.png

要在 Mac OS X 上安裝它很容易，就跟你安裝其他應用程式一樣，最大的困難可能是在官網上找到正確的下載連結......，連結已經幫你標出來了，請在官網上找到上圖紅框處 download 連結把它點下去！

接著把載下來了.zip 檔解壓縮，完畢後得到的.app 檔就是你要的 GTKWave 了！隨點隨用免安裝，那～麼～厲害！

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使用 GTKWave 來顯示波形

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建立新的測試程式

先別急著打開你的 GTKWave，你還需要一個新的測試程式，之前的 hello world 程式可根本不算是一個電路呢！

首先建立兩個新檔案，命名為 Simple_Circuit.v 和 t_Simple_Circuit.v（修改自我們老師的 Lab0 範例）：

module	Simple_Circuit(A, B, C, D, E);
  output	D, E;
  input	A, B, C;
  wire	w1;

	and		G1(w1, A, B);
	not		G2(E, C);
	or		G3(D, w1, E);
endmodule

module	t_Simple_Circuit;
  wire	D, E;
  reg		A, B, C;

  //instantiate device under test
  Simple_Circuit	M1(A, B, C, D, E);

  //apply inputs one at a time
  initial	begin
    $dumpfile("mytest.vcd");
    $dumpvars;
    A=1'b0; B=1'b0; C=1'b0;
    #100 A=1'b1; B=1'b1; C=1'b1;
  end

  initial #200 $finish;
endmodule

將這兩個檔案編譯為 mycircuit 這個執行檔，並且執行它：

$ iverilog -o mycircuit t_Simple_Circuit.v Simple_Circuit.v
$ vvp mycircuit

因為我們在 t_Simple_Circuit.v 這個電路測試檔案裡頭加入了 dumpfile 和 dumpvars，所以執行完 mycircuit 後，會產生一個名為 mytest.vcd 的檔案，裡頭包含了我們所要的波型紀錄。

現在我們可以使用 GTKWave 來檢視波型了！

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正式開啟 GTKWave 來檢視波型

開啟你的 GTKWave，點擊左上角的 File > Open New Tab 選擇剛剛產生的 mytest.vcd 檔，你應該會很失望地發現為什麼沒有出現你要的波型，如下圖：

螢幕快照 2016-03-19 上午1.23.20.png

那是因為你還沒有告訴 GTKWave 你想要看什麼，那我們就來告訴它吧！

在 GTKWave 左側面板，你會看到一串文字寫著 t_Simple_Circuit，那就是你的測試檔案，點開那個+號，點擊 M1 電路，下面就會列出 M1 電路裡所有的線路，把你想要看它波形的線路拖曳到右方的區塊吧！噠答！你要的波型顯示出來了！

螢幕快照 2016-03-19 上午1.30.18.png

恭喜你成功建置你的 Verilog 環境，現在你可以炫砲地使用你的 Macbook 來做數電設計作業了！

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指令小筆記

$ iverilog -o <output-file> <source-file-1> <source-file-2> ... // 編譯
$ vvp <executable-verilog-file> // 執行