FPGA設計中Tcl在Vivado中的基礎應用

Tcl介紹

Vivado是Xilinx最新的FPGA設計工具，支持7系列以后的FPGA及Zynq 7000的開發。與之前的ISE設計套件相比，Vivado可以說是全新設計的。無論從界面、設置、算法，還是從對使用者思路的要求，都是全新的；在運行速度、算法優化和功能整合等很多方面都有了顯著地改進。但是對初學者來說，新的約束語言XDC以及腳本語言Tcl的引入則成為了快速掌握Vivado使用技巧的最大障礙，以至于兩年多后的今天，仍有很多用戶缺乏升級到Vivado的信心。

本文介紹了Tcl在Vivado中的基礎應用，希望起到拋磚引玉的作用，指引使用者在短時間內快速掌握相關技巧，更好地發揮Vivado在FPGA設計中的優勢。

使用Tcl作為它的命令語言的好處：

1 Tcl提供了標準語法，一旦用戶掌握了Tcl就可以很容易的發布命令給基于Tcl的程序

2 Tcl可作為程序間通信的接口

3 通過Tcl， Vivado具備了強大的設計分析能力
? 快速定位設計中的問題
? 減少設計迭代周期

基本語法和基礎命令

在Vivado中的Tcl命令行里，學習這些基本語法

（Windows下 –> 開始 –> 所有程序 –> Xilinx Design Tools –> Vivado xxx –> Vivado xxx Tcl Shell）

01、命令格式

一條Tcl的命令串包含了多條命令時，用換行符或分號來隔開，而每一條命令包含了一個域的集合，域使用空白分開的，第一個域是一個命令的名字，其它的是作為參數來傳給它。

02、數據類型

Tcl只支持一種數據結構：字符串。所有的命令、命令里的所有的參數、命令的結果、變量全部都是都是字符串。

簡單實例：

set i 123 
       將123這個字符串賦值給i變量

unset i 
       清除變量

set i hi 
       將hi這個字符串賦值給i變量

set i "hi hello" 
       hi hello中有空格，所以加引號

set i 123;#開始注釋
       注意: 注釋前，要先用分號，把命令結束掉，或者換行注釋  

03、設置變量

設置一個名為myVar的變量，其值為Hello World!

04、使用$符號引用變量

其中puts是打印命令

05、使用[]將命令返回值，作為新命令的參數

set j 232命令會返回值232
新命令就成了 set i 232

這里稍微復雜一點點的例子：
set i a[set j b][set k c]
最后的結果就是：j=b ; k=c ; i=abc

06、數組

數組不需要聲明，直接賦值即可，也不必按照順序來：
set i(1) 123 ; set i(16) hi

當然也支持任意維數的數組：
set i(1,2,3) hi
引用的時候直接$i(1,2,3)即可

parray命令
可以打印出一個數組的全部信息：

array命令
命令格式：array option arrayName

option 是 操作選項，有如下可選：
name : 返回數組的所有元素的名稱
size : 返回數組的長度
startsearch : 初始化一次遍歷，返回一個遍歷標識符(searchId)，這個searchId在下面用到，（是可以多個遍歷同時進行的）
下面的命令格式為：array option arrayName searchId
->nextelement : 返回數組中下一個元素，如果沒有返回空
->anymore : 如果接下來還有元素，返回1，否則返回0
->donesearch : 結束遍歷

07、字符串命令

string命令:

命令格式：string option string1 string2

option 是 操作選項，有如下可選：
compare : 按照字母的排序方式比較，string1 <,=,>string2，分別返回-1,0,1
match : 判斷string1和string2是否匹配
first : 檢索string2中第一次出現string1的位置，如果沒有出現string1則返回-1
last : 和first相反
trim : 從string1中刪除開頭和結尾的，string2的字符

命令格式：string option string
tolower : 返回string中的所有字符被轉換為小寫字符后的新字符串
toupper : 返回string中的所有字符串轉換為大寫后的字符串
trimleft : 去除string左空白，類似的還有trimright
length : 返回string1的長度

range :
string range abcdef 1 2，返回輸出結果為bc

append命令:
字符串追加，可以無限拼接

set i a
append i b c d
puts $i123

i變量的值就成了 abcd，注意append i b c d命令，而不是append $i b c d

split命令
命令格式：split 字符串 分割符，將字符串轉換為列表

08、數字操作

tcl中只有string類型的變量，所以當進行數字運算的時候，需要用到incr和expr操作命令

incr命令:
a變量自加-3：incr a -3
a變量自加1 ： incr a

expr命令:
類似C語言中的算術操作符有（在Tcl 中的邏輯：真為1，假為0）：
!、* 、/、 %、+、-、<<、 >> 、< 、> 、<= 、>= 、== 、!=、& 、^ 、|、&&、 || 、x ? y : z
除此之外，expr還能夠識別一些函數及其返回值： abs(x) 、round(x) 、sin(x)、cos(x) 等
使用方法：expr 表達式

09、proc自定義函數

proc：

proc hello {str} {
puts hello:$str}

需要注意的是，如果不能一行寫完，那建議按照如下格式來定義（主要是要將“{”放到第一行的末尾）：
第一行： proc+（空格）+函數名+（空格）+{參數}+（空格）+{
中間行： 邏輯運算
最后行： }

全局變量global：
用于將過程中的局部變量變成外界可操作的全局變量

proc hello {} { global x set x hi set i hello}1234

上述代碼，執行結果：

return命令：

proc hello {} {return world}
set i [hello]12

return命令沒啥好說的，上述代碼的結果是，將i變量賦值為world字符串

10、控制流和循環命令

Tcl語言中用于控制流程和循環的命令與C語言及其它高級語言中相似，包括if、while、for和foreach等等。

具體使用可以參考如下示例：

if 流控制:
這個同樣建議按照格式來：
第一行： if+（空格）+{表達式}+（空格）+{
中間行： 邏輯運算
第N行： }+（空格）+else+（空格）+{
中間行： 邏輯運算
最后行： }

switch流控制 :
例子如下，一目了然：

switch 2 {
1 {puts 111}
2 {puts 222}
3 {puts 333}
default {puts xxx}
}

case流控制:

case abcd in a {puts 111} *bc* {puts 333} default {puts xxx} 1

上述程序對字符串abcd進行判斷：
條件一 : 字符串為a
條件二 : 不管字符串的前后字符是啥，只要中間有bc子字符串即可
條件三 : default

foreach循環：

循環讀取myVar變量的值并打印，那就需要這個foreach了

for循環：
TCL的for循環也是很類似C語言的：

for {set i 0} {$i < 10} {incr i} {
puts $i
}123

初始化i=0，范圍 i<10 ，循環i=i+1

while循環：

判斷變量的值，打印，變量再賦值就OK了

11、字符串轉為命令

eval命令：
set a set ; set b i ; set c hello ; eval $a $b $c
上述代碼就等效于：set i hello
eval將字符串的內容，作為命令，執行

12、打印輸出

打印主要通過puts語句來執行，配合特殊符號，直接決定最終輸出內容。

編輯：hfy