A leading underscore is valid for macro substitutions.
[iverilog.git] / xnf.txt
blob819bcd17889196f81df578e90975fff45ab7d150
2 WHAT IS XNF
4 XNF is the Xilinx Netlist Format. This is somewhat specific to the
5 Xilinx tool chain, but it is sufficiently ubiquitous that it's still
6 worth it. This format can be fed to place and route tools and
7 simulators. Since some third party simulators accept XNF, the format
8 may be useful even independent of Xilinx parts.
10 Icarus Verilog supports XNF as specified by the Xilinx Netlist Format
11 Specification, Version 6.1.
13 GENERATE XNF OUTPUT -- THE SHORT STORY
15 The easiest way to compile for XNF output is with the "verilog"
16 command (man verilog) and the -X switch:
18         % iverilog -fpart=4010e -fncf=prog.ncf -txnf prog.v
20 This generates from the prog.v Verilog source file the prog.xnf output
21 and the prog.ncf netlist constraints file. The verilog program
22 arranges to call the preprocessor and the ivl compiler with all the
23 correct switches for generating XNF.
25 GENERATING XNF MACROS
27 Icarus Verilog can be used to generate XNF implementations of devices
28 that are written in Verilog and used by schematic editors such as
29 OrCAD. The trick here is that the code generator automatically notices
30 ports to the root module and generates the PIN= attributes needed so
31 that external tools can link to the generated XNF.
33 Icarus Verilog chooses a name for the pin. The name it chooses is the
34 port name of the module. If the port is a vector, a pin is generated
35 for all the bits of the vector with the bit number appended. For
36 example:
38         module foo(in);
39         input [3:0] in;
41 causes the single bit ports ``in0'' through ``in3'' be
42 generated. Internally, the XNF file uses the bussed names instead of
43 the pin name.
45 The implication of this is that there is a chance of name collision
46 with the generated XNF macro if the port names are chosen badly. It is
47 best to not end a port name with decimal digits, as that can cause
48 trouble at link time. Also, XNF is not case sensitive and that should
49 be accounted for as well.
51 XNF PADS IN VERILOG SOURCE
53 You can assign wires to pads using the Icarus Verilog $attribute
54 extension. Attach to a scalar signal (wire or register) the PAD
55 attribute with the value that specifies the direction and pin
56 number. For example:
58         wire foo, bar, bid;
59         $attribute(foo, "PAD", "i1"); // Input pad on pin 1
60         $attribute(bar, "PAD", "o2"); // Output pad on pin 2
61         $attribute(bid, "PAD", "b3"); // Bi-directional pad on pin 3
63 The XNFIO function uses these attributes to locate signals that are
64 connected to pads, and generates XNF I/O block devices to connect to
65 the pad to do the FPGA pin buffering that is needed. So the Verilog
66 programmer need not in general specify the IBUF/OBUF buffers.
68 If the programmer does connect buffers to pads, the compiler will
69 notice them and convert them to I/OBUFs automatically. For example:
71         buf b1 (sig, foo);
73 connects to pad foo, so will be converted into an XNF IBUF
74 device. Also:
76         bufif1 bt (bar, value, en);
78 connects to pad bar so will automatically be converted into an OBUFT
79 device. Icarus Verilog understands OBUF, IBUF and OBUFT (with optionally
80 inverted enable) devices and will convert Verilog devices from the
81 source, or generate missing devices.
83 In addition, the Verilog programmer may explicitly declare a device as
84 an I/OBUF by attaching an attribute to the device, like so:
86         buf b1 (sig, foo);
87         $attribute(b1, "XNF-LCA", "OBUF:O,I");
89 This latter feature is not entirely recommended as it expects that the
90 programmer really knows how the pins of the XNF device are to be
91 connected. It also bypasses the efforts of the compiler, so is not
92 checked for correctness.
94 XNF STORAGE ELEMENTS
96 Storage elements in XNF include flip-flops, latches and CLB
97 rams. These devices are generated from the LPM equivalents that the
98 -Fsynth functor synthesizes from behavioral descriptions.
100 Flip-flops, or more specifically DFF devices, are generated to
101 implement behavioral code like this:
103         reg Q;
104         always @(posedge clk) Q <= <expr>;
106 The edge can be positive or negative, and the expression can be any
107 synthesizable expression. Furthermore, the register "Q" can have
108 width, which will cause the appropriate number of flip-flops to be
109 created. A clock enable expression can also be added like so:
111         reg Q;
112         always @(posedge clk) if (<ce>) Q <= <expr>;
114 The <ce> expression can be any synthesizable expression.
116 With or without the CE, the generated DFF devices are written into the
117 XNF output one bit at a time, with the clock input inverted if necessary.
119 Xilinx parts also support CLB circuitry as synchronous RAMS. These
120 devices are created from Verilog memories if the properties are
121 right. The behavioral description that the -Fsynth functor matches to
122 get a synchronous RAM looks very similar to that for a DFF:
124         reg [15:0] M;
125         always @(posedge clk) if (<we>) M[<addr>] <= <expr>;
127 Note that in this case the l-value of the assignment is an addressed
128 memory. This statement models writes into the memory. Reads from the
129 device can be modeled with ordinary structural code, i.e.:
131         assign foo <= M[<addr>];
133 For the memory to be synthesizable in the XNF target, the address
134 lines for writes and reads must be connected. This corresponds to the
135 limitations of the real hardware.
137 OTHER XNF SPECIAL DEVICES
139 There are certain special devices in XNF that Verilog does not
140 naturally represent, although there are similar more generic Verilog
141 devices. The most obvious and useful example is the clock driver,
142 otherwise known as the global buffer BUFG. As with pads, Icarus
143 Verilog uses the $attribute extension to allow you to specify special
144 devices.
146 The $attribute statement can be applied to devices much the same way
147 one applies them to wires. For example, to turn a buffer into a clock
148 buffer:
150         wire iclk, clk;
151         buf BUFG (clk, iclk);
152         $attribute(iclk, "PAD", "i1");
153         $attribute(BUFG, "XNF-LCA", "BUFG:O,I");
155 The above statements cause the buffer BUFG to be emitted in the XNF
156 output as a BUFG device with the first signal called "O" and the
157 second called "I". The rest of this example connects the input of the
158 BUFG to a signal from the input pin #1 and connects the output to the
159 internal wire "clk". Incidentally, this example will cause an IBUF to
160 be generated to connect the iclk signal to input pin #1.
162 SUMMARY OF IVL SUPPORT FOR XNF
164 Icarus Verilog has a code generator and synthesis functions that
165 support generation of XNF netlists. The XNF modules also allow the
166 programmer to use $attributes to control certain aspects of code
167 generation.
169 XNF code generation is enabled with the ``-t xnf'' flag on the command
170 line. The code generator needs to know the type of part to generate
171 code for, so the ``-fpart=<type>'' flag is also needed. For example,
172 to generate code for the 4010E the command line might start out as:
174          ivl -txnf -fpart=4010e -Fsynth -Fnodangle -Fxnfio [...]
176 Icarus Verilog includes the functions ``synth'' and ``xnfio'' to
177 perform transformations and optimizations on the design before code is
178 generated. The ``synth'' function matches certain behavioral constructs
179 to structural components, and the xnfio function generates pads and
180 fills the IOBs.
182 SUPPORTED FLAGS
184     -fpart=<part>
185         Specify the type of part to target. This string is written
186         literally into the PART, record of the XNF, and may also be
187         used to control synthesis and placement.
189     -fncf=<path>
190         Cause the code generator to write into <path> the netlist
191         constraints needed for controlling placement and timing. This
192         switch is required if pin assignments are assigned in the
193         Verilog source.
195 THE SYNTH FUNCTION
197 This function does synthesis transformations on the entered design,
198 making it possible to generate XNF netlist components from certain
199 behavioral constructs. This is needed in Verilog for example to model
200 some of the synchronous components of the XNF library.
202 It is a bit much to expect a Verilog compiler in general to generate
203 components from arbitrary behavioral descriptions, so the synth
204 function works by matching statements that have some documented
205 structure, and substituting them for the equivalent XNF component. A
206 fully synthesize-able design, then, is one where the behavioral
207 statements can all be matched and substituted by the synth function.
209 THE XNFIO FUNCTION
211 The "xnfio" function transforms the netlist where the IOBs are
212 concerned. The signals with PAD attributes are checked, and
213 surrounding circuitry generated to conform to the logic available in
214 the IOB.
216 If the pad is an OPAD, the function will look for an existing buf or
217 not gate connected to the PAD signal. If the gate is appropriately
218 connected, the buf or not gate will be turned into an OBUF. This pulls
219 the buf or inverter into the IOB, freeing a CLB and providing the
220 required pin circuitry.
222 If the pad is an IPAD, the function will look for a buf, and convert
223 that to an IBUF. Since Xilinx IOBs cannot invert the output from an
224 IBUF, NOT gates cannot be absorbed as in the OPAD case.
228  * Copyright (c) 1998-1999 Stephen Williams (steve@icarus.com)
230  *    This source code is free software; you can redistribute it
231  *    and/or modify it in source code form under the terms of the GNU
232  *    General Public License as published by the Free Software
233  *    Foundation; either version 2 of the License, or (at your option)
234  *    any later version.
236  *    This program is distributed in the hope that it will be useful,
237  *    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
238  *    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
239  *    GNU General Public License for more details.
241  *    You should have received a copy of the GNU General Public License
242  *    along with this program; if not, write to the Free Software
243  *    Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
244  */
247  $Log: xnf.txt,v $
248  Revision 1.16  2003/07/15 03:49:22  steve
249   Spelling fixes.
251  Revision 1.15  2003/01/30 16:23:08  steve
252   Spelling fixes.
254  Revision 1.14  2000/08/01 21:32:40  steve
255   Use the iverilog command in documentation.
257  Revision 1.13  2000/08/01 02:48:42  steve
258   Support <= in synthesis of DFF and ram devices.
260  Revision 1.12  2000/07/25 22:49:32  steve
261   memory is not a data type in verilog.
263  Revision 1.11  2000/04/23 23:03:13  steve
264   automatically generate macro interface code.
266  Revision 1.10  1999/12/05 19:30:43  steve
267   Generate XNF RAMS from synthesized memories.
269  Revision 1.9  1999/11/18 03:52:20  steve
270   Turn NetTmp objects into normal local NetNet objects,
271   and add the nodangle functor to clean up the local
272   symbols generated by elaboration and other steps.
274  Revision 1.8  1999/11/06 04:51:42  steve
275   Support writing some XNF things into an NCF file.
277  Revision 1.7  1999/11/03 05:18:18  steve
278   XNF synthesis now uses the synth functor.
280  Revision 1.6  1999/11/02 01:43:55  steve
281   Fix iobuf and iobufif handling.
283  Revision 1.5  1999/10/09 17:52:27  steve
284   support XNF OBUFT devices.
286  Revision 1.4  1999/08/14 22:48:21  steve
287   Mention the sigfold function.
289  Revision 1.3  1999/07/22 02:05:20  steve
290   is_constant method for PEConcat.
292  Revision 1.2  1999/07/18 21:17:51  steve
293   Add support for CE input to XNF DFF, and do
294   complete cleanup of replaced design nodes.
296  Revision 1.1  1999/05/01 02:57:11  steve
297   XNF target documentation.