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前言

由于verilog效率比较低下，重复劳动太多了QAQ
所以打算用近两年比较火的chisel进行开发。
于是先装一波环境，踩了一天的坑。

传统数字芯片的RTL设计采用Verilog语言为主，Chisel语言的全称是Constructing Harward in Scala Embeded Language，即在Scala语言中导入Chisel3库，即可使用Chisel语言。其特点是面向对象编程，可以方便地参数化定制硬件电路，加快设计流程。目前在RISC-V生态中应用较多，中科院计算所主持的培育下一代处理器设计人才的“一生一芯”项目也在极力推进该语言。

Chisel介绍

Chisel 是一种构建硬件描述语言（HDL）的高级编程语言，它允许硬件设计师以更抽象的方式编写代码，然后编译生成低级的硬件描述语言（通常是Verilog）代码，进而用于 FPGA 或 ASIC 的设计实现。Chisel 由加州大学伯克利分校的伯克利软件定义硬件（BSDH）项目开发，其主要目标是提高硬件设计的生产效率、可读性和可维护性。

概念：
Chisel 结合了现代软件工程的原理与硬件设计的实践，支持面向对象编程特性，如类、继承、多态等，同时也引入了静态类型和类型安全的概念，有助于在设计阶段捕捉错误。它利用Scala 语言作为基础，这意味着设计师可以利用Scala 强大的库和工具生态系统。Chisel 提供了一套丰富的数据类型和构造，使得设计者能够以高层次的抽象来描述数字电路，比如向量、内存、多路复用器等，并且支持参数化模块，便于设计复用和配置。

用途：

提高设计效率：Chisel 的高层抽象能力使得设计师可以更快地实现复杂的数字电路设计，减少手动编写底层 HDL 代码的工作量。
增强可读性和可维护性：通过使用高级语言特性，Chisel 设计的代码更加接近自然语言，易于阅读和理解，有利于团队协作和长期维护。
促进设计复用：Chisel 支持模块化和参数化设计，便于创建可配置的组件库，加速后续项目开发。
简化验证流程：Chisel 设计可以直接与验证框架（如Chisel Testers 2）集成，支持快速创建测试平台，加速设计验证过程。
教育和研究：Chisel 的高级特性降低了硬件设计的入门门槛，使其成为教学和研究的理想工具，特别是在计算机体系结构和并行计算领域。
综上所述，Chisel 作为一种现代化的硬件设计语言，极大地提升了硬件设计的抽象层次，促进了设计的灵活性、高效性和质量，是现代硬件设计和研究中的一个重要工具。

学习Chisel语法规则等可以在吃透Chisel语言吃透Chisel语言进行学习

一、vscode搭建scala开发环境

1.1 安装Scala官方插件

在VS Code中安装插件，先安装 Scala Syntax (official)，再安装 Scala (Metals)：

（官方插件，有个语法高亮功能也挺香的）
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

1.2 创建hello_world.scala文件

在这里插入图片描述

代码如下：

object HelloWorld 
{    
	def main(args: Array[String]): Unit = {
	        println("Hello, world!")    
	        }
}

1.3 确认java的版本(博主使用的是1.8)

在这里插入图片描述

1.4 下载Scala Windows版本的二进制文件

下载链接：
https://downloads.lightbend.com/scala/2.13.3/scala-2.13.3.msi

在这里插入图片描述

双击进行安装，并一路 next
在这里插入图片描述

记住安装路径，等下配置环境变量需要用
博主的安装路径为：
在这里插入图片描述

1.5 配置环境变量

1.刚刚让记的那个 安装路径
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.PATH变量下再新增值
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
至此 安装完毕。

1.6 交互模式测试一下

在这里插入图片描述

至此 Scala开发环境搭建成功

1.7 vscode运行scala

在这里插入图片描述

二、windows安装sbt

2.1 下载sbt

官网：http://www.scala-sbt.org/download.html

无脑执行下一步即可，注意 记住安装位置 ，方便后续环境变量的配置
在这里插入图片描述

2.2 设置环境变量

#SBT_HOME 设置为sbt解压目录，例如：

SBT_HOME=C:\Programs\sbt;

添加到 系统变量 中：
在这里插入图片描述

添加到 path 中：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.3 sbt配置

修改 sbt\conf\sbtconfig.txt 为以下内容：

# sbt configuration file for Windows
 
# Set the java args
 
#-mem 1024 was added in sbt.bat as default
 
-Xms1024m
-Xmx1024m
-Xss4M
-XX:ReservedCodeCacheSize=128m
 
# Set the extra sbt options
 
-Dsbt.log.format=true
-Dsbt.boot.directory=D:/SoftWare/scala-2.13.3/sbt/boot/
-Dsbt.global.base=D:/SoftWare/scala-2.13.3/sbt/.sbt
-Dsbt.ivy.home=D:/SoftWare/scala-2.13.3/sbt/.ivy2
-Dsbt.repository.config=D:/SoftWare/scala-2.13.3/sbt/conf/repo.properties
-Dsbt.override.build.repos=true

2.4 设置阿里云镜像

国内的网络环境复杂，阿里云还挺好用的，在 sbt\conf\ 下新建 repo.properties 文件，内容为：

[repositories]
    local
    aliyun-central: https://maven.aliyun.com/repository/central
    aliyun-public: https://maven.aliyun.com/repository/public
    jcenter: https://jcenter.bintray.com/
    repo1: https://repo1.maven.org/maven2/
    store_2: https://repo2.maven.org/maven2/
    aliyun-releases: https://maven.aliyun.com/repository/releases
    aliyun-apache-snapshots: https://maven.aliyun.com/repository/apache-snapshots
    aliyun-google: https://maven.aliyun.com/repository/google
    aliyun-jcenter: https://maven.aliyun.com/repository/jcenter
    aliyun-spring: https://maven.aliyun.com/repository/spring
    aliyun-spring-plugin: https://maven.aliyun.com/repository/spring-plugin
    sbt-plugin: https://repo.scala-sbt.org/scalasbt/sbt-plugin-releases/
    sonatype: https://oss.sonatype.org/content/repositories/snapshots  
    typesafe: https://repo.typesafe.com/typesafe/ivy-releases/, [organization]/[module]/(scala_[scalaVersion]/)(sbt_[sbtVersion]/)[revision]/[type]s/[artifact](-[classifier]).[ext], bootOnly
    typesafe2: https://repo.typesafe.com/typesafe/releases/
    atlassian: https://packages.atlassian.com/content/repositories/atlassian-public/
    spring-plugin: https://repo.spring.io/plugins-release/
    hortonworks: https://repo.hortonworks.com/content/repositories/releases/

2.5 验证

完成后打开cmd，输入 sbt，可能会有一段下载依赖包的过程，成功后会进入命令行，即sbt安装成功。
在这里插入图片描述

退出方式：在命令框中输入 exit 即可退出：
在这里插入图片描述

三、用Chisel点亮FPGA小灯

3.1 参考文档

参考的chisel书为chisel-book，是一个PDF文档，

Chisel-book： https://wwu.lanzoue.com/isdim08x8x5i
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

3.2 得到Verilog文件

1. 环境搭建

找到其中 WINDOWS开发环境搭建。
在这里插入图片描述

OK，按着以上内容下载所需要的软件（前面我们已经配置好了环境）。

question: 哪能找到一个Chisel例程？

OK，继续看这本书，这是本好书，Hello world例程书里有了，代码在Git上

在这里插入图片描述

2. 克隆项目

继续找到了GIT上的chisel-examples.

OK 点击去GIT上 克隆下来，

github：https://github.com/schoeberl/chisel-examples

在这里插入图片描述

好了，找到helloworld例程了。现在想想例程怎么编译？生成Verilog代码在哪？
书中3.7章节有写
在这里插入图片描述

3. 编译运行

书里只写了Chisel下的编译生成。至于下载到FPGA文档里说要自己动手，不在文档教程内了。

具体流程：

cmd命令下，

git clone https://github.com/schoeberl/chisel-examples.git
cd chisel-examples/hello-world/

执行编译 sbt run
在这里插入图片描述

第一次编译需要等待很长时间，然后显示成功。（因为我编译过了，所以第二次很快）。

Hello.scala

//点亮小灯
/*
 * This code is a minimal hardware described in Chisel.
 * 
 * Blinking LED: the FPGA version of Hello World
 */
// 
import chisel3._
// 
/**
 * The blinking LED component.
 */
// 
class Hello extends Module {
  val io = IO(new Bundle {
    val led = Output(UInt(1.W))
  })
  val CNT_MAX = (50000000 / 2 - 1).U
// 
  val cntReg = RegInit(0.U(32.W))
  val blkReg = RegInit(0.U(1.W))
// 
  cntReg := cntReg + 1.U
  when(cntReg === CNT_MAX) {
    cntReg := 0.U
    blkReg := ~blkReg
  }
  io.led := blkReg
}
// 
/**
 * An object extending App to generate the Verilog code.
 */
object Hello extends App {
  (new chisel3.stage.ChiselStage).emitVerilog(new Hello())
}

4. 生成Verilog文件

OK，现在找生成的Verilog，书中说是 Hello.v文件。

在这里插入图片描述

生成的 Hello.v 文件：

module Hello(
  input   clock,
  input   reset,
  output  io_led
);
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  reg [31:0] _RAND_0;
  reg [31:0] _RAND_1;
`endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  reg [31:0] cntReg; // @[Hello.scala 23:23]
  reg  blkReg; // @[Hello.scala 24:23]
  wire [31:0] _cntReg_T_1 = cntReg + 32'h1; // @[Hello.scala 26:20]
  assign io_led = blkReg; // @[Hello.scala 31:10]
  always @(posedge clock) begin
    if (reset) begin // @[Hello.scala 23:23]
      cntReg <= 32'h0; // @[Hello.scala 23:23]
    end else if (cntReg == 32'h17d783f) begin // @[Hello.scala 27:28]
      cntReg <= 32'h0; // @[Hello.scala 28:12]
    end else begin
      cntReg <= _cntReg_T_1; // @[Hello.scala 26:10]
    end
    if (reset) begin // @[Hello.scala 24:23]
      blkReg <= 1'h0; // @[Hello.scala 24:23]
    end else if (cntReg == 32'h17d783f) begin // @[Hello.scala 27:28]
      blkReg <= ~blkReg; // @[Hello.scala 29:12]
    end
  end
// Register and memory initialization
`ifdef RANDOMIZE_GARBAGE_ASSIGN
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_INVALID_ASSIGN
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_MEM_INIT
`define RANDOMIZE
`endif
`ifndef RANDOM
`define RANDOM $random
`endif
`ifdef RANDOMIZE_MEM_INIT
  integer initvar;
`endif
`ifndef SYNTHESIS
`ifdef FIRRTL_BEFORE_INITIAL
`FIRRTL_BEFORE_INITIAL
`endif
initial begin
  `ifdef RANDOMIZE
    `ifdef INIT_RANDOM
      `INIT_RANDOM
    `endif
    `ifndef VERILATOR
      `ifdef RANDOMIZE_DELAY
        #`RANDOMIZE_DELAY begin end
      `else
        #0.002 begin end
      `endif
    `endif
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  _RAND_0 = {1{`RANDOM}};
  cntReg = _RAND_0[31:0];
  _RAND_1 = {1{`RANDOM}};
  blkReg = _RAND_1[0:0];
`endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  `endif // RANDOMIZE
end // initial
`ifdef FIRRTL_AFTER_INITIAL
`FIRRTL_AFTER_INITIAL
`endif
`endif // SYNTHESIS
endmodule

在这里插入图片描述

以及顶层文件 hello_top.v：
在这里插入图片描述
hello_top.v

/* Minimal top level for the Chisel Hello World.
  Wire reset to 0. */

module hello_top(input clk, output led);

  wire h_io_led;
  wire res;

  assign led = h_io_led;
  assign res = 1'h0;
  Hello h(.clock(clk), .reset(res),
       .io_led( h_io_led ));
endmodule

在这里插入图片描述

3.3 上板验证

1. 创建quartus项目

板子型号为 EP4CE115F29C7

2. 加入.v文件

将生成的 Hello.v文件 和 hello_top.v文件 添加到项目中，并设置hello_top.v为顶层文件
在这里插入图片描述

3. 绑定引脚

根据技术文档，led的引脚如下，任意选择一个led
在这里插入图片描述

绑定引脚
在这里插入图片描述

4. 上板烧录

实现效果：
在这里插入图片描述

四、在DE2-115开发板上重做Verilog实验

4.1 流水灯

修改 Hello.scala 文件为：

import chisel3._
import chisel3.util._

class Hello extends Module {
  val io = IO(new Bundle {
    val led = Output(UInt(8.W))  // 8 位 LED 输出
  })

  val maxCount = (50000000 / 10).U  // 调整这个参数改变流水灯的速度（DE2-115 使用 50MHz 时钟）
  val counter = RegInit(0.U(32.W))
  val position = RegInit(0.U(3.W))

  // 计数器逻辑
  counter := counter + 1.U
  when(counter === maxCount) {
    counter := 0.U
    when(position === 7.U) {
      position := 0.U
    }.otherwise {
      position := position + 1.U
    }
  }

  // LED 输出逻辑
  io.led := (1.U << position)
}

object Hello extends App {
  (new chisel3.stage.ChiselStage).emitVerilog(new Hello())
}

重新运行：
在这里插入图片描述

生成的Hello.v 文件，直接将该文件设置为顶层文件：

module Hello(
  input        clock,
  input        reset,
  output [7:0] io_led
);
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  reg [31:0] _RAND_0;
  reg [31:0] _RAND_1;
`endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  reg [31:0] counter; // @[Hello.scala 57:24]
  reg [2:0] position; // @[Hello.scala 58:25]
  wire [31:0] _counter_T_1 = counter + 32'h1; // @[Hello.scala 61:22]
  wire [2:0] _position_T_1 = position + 3'h1; // @[Hello.scala 67:28]
  assign io_led = 8'h1 << position; // @[Hello.scala 72:18]
  always @(posedge clock) begin
    if (reset) begin // @[Hello.scala 57:24]
      counter <= 32'h0; // @[Hello.scala 57:24]
    end else if (counter == 32'h4c4b40) begin // @[Hello.scala 62:30]
      counter <= 32'h0; // @[Hello.scala 63:13]
    end else begin
      counter <= _counter_T_1; // @[Hello.scala 61:11]
    end
    if (reset) begin // @[Hello.scala 58:25]
      position <= 3'h0; // @[Hello.scala 58:25]
    end else if (counter == 32'h4c4b40) begin // @[Hello.scala 62:30]
      if (position == 3'h7) begin // @[Hello.scala 64:28]
        position <= 3'h0; // @[Hello.scala 65:16]
      end else begin
        position <= _position_T_1; // @[Hello.scala 67:16]
      end
    end
  end
// Register and memory initialization
`ifdef RANDOMIZE_GARBAGE_ASSIGN
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_INVALID_ASSIGN
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
`define RANDOMIZE
`endif
`ifdef RANDOMIZE_MEM_INIT
`define RANDOMIZE
`endif
`ifndef RANDOM
`define RANDOM $random
`endif
`ifdef RANDOMIZE_MEM_INIT
  integer initvar;
`endif
`ifndef SYNTHESIS
`ifdef FIRRTL_BEFORE_INITIAL
`FIRRTL_BEFORE_INITIAL
`endif
initial begin
  `ifdef RANDOMIZE
    `ifdef INIT_RANDOM
      `INIT_RANDOM
    `endif
    `ifndef VERILATOR
      `ifdef RANDOMIZE_DELAY
        #`RANDOMIZE_DELAY begin end
      `else
        #0.002 begin end
      `endif
    `endif
`ifdef RANDOMIZE_REG_INIT
  _RAND_0 = {1{`RANDOM}};
  counter = _RAND_0[31:0];
  _RAND_1 = {1{`RANDOM}};
  position = _RAND_1[2:0];
`endif // RANDOMIZE_REG_INIT
  `endif // RANDOMIZE
end // initial
`ifdef FIRRTL_AFTER_INITIAL
`FIRRTL_AFTER_INITIAL
`endif
`endif // SYNTHESIS
endmodule

引脚分配：
在这里插入图片描述

编译。没有错误了，OK，下载。
没反应！！！！准备要哭了，随便点了个开发板上reset按键，哦，哦，哦，流水灯居然正常工作了。
看看上面代码 ，
好像chisel里面代码生成里面有 if(res_n)判断，猜是判断按键吧？那么我把按键直接去掉试试？

好了，在逻辑判断里面，设置为复位之后有效即可，原先是需要手动按键才能触发：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

实验效果：
在这里插入图片描述

总结

学习Chisel语言是一段既充满挑战又极具启发性的旅程。Chisel以Scala为基础，它的抽象级别高，极大提升了硬件设计效率，让代码更简洁且易于维护。通过Chisel，我体验了用近似软件工程的思维做硬件设计的便捷，特别是在模块化、参数化设计上的优势，这为复用代码和快速迭代创造了条件。Chisel结合Scala的强大生态，使得测试和验证更加高效，同时降低了硬件设计的学习曲线，尤其适合教学和研究用途。亲手实践，如在IDEA中配置环境并实现流水灯项目，让我深刻理解了理论到实践的每一步，过程中遇到问题的解决也锻炼了自我探索能力。总之，Chisel正引领硬件设计的新风潮，它不仅丰富了我的技术栈，也激发了对硬件设计未来无限可能的想象。

参考

WIN10系统下，用Chisel开发入门FPGA的HelloWorld呼吸灯

【多图预警】Windows 安装 SBT、IDEA 使用 SBT 构建项目指南

Scala安装出现neither build.sbt nor a…问题解决

Chisel入门之路(一)之在windows下vscode搭建|部署Scala2.13.3开发环境|安装教程

Chisel速成——跟着这个Chisel教程来就行了（已完结）

【IC设计】Windows下基于IDEA的Chisel环境安装教程（图文并茂）

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