vhdl - FPGA での日付と時刻のコンパイル

Question

VHDL で C-Sourcecode-Macros に似たものを使用__DATE__し__TIME__ て、FPGA でコンパイル時間を一種のバージョンタイムスタンプとして利用できるようにすることはできますか?

>>>VHDLへの新規参入者<<<として、ハードコードされた日付をFPGAレジスタに入れる次の既存のコードを変更したいと思います。コンパイルする前に値を調整することを常に覚えておく必要があります。これが自動的に行われると、より簡単になります。時間/分/秒も含めることはできますか?

LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
USE ieee.std_logic_arith.all;

ENTITY Datum2 IS
   PORT
   (
        Day         :OUT std_logic_vector(4 downto 0);
        Month       :OUT std_logic_vector(3 downto 0);
        Year        :OUT std_logic_vector(4 downto 0)
   );
END Datum2 ;

ARCHITECTURE rtl OF Datum2 IS

BEGIN
--  "08.08.0013"
    Day   <= conv_std_logic_vector(8, 5);
    Month <= conv_std_logic_vector(8, 4);
    Year  <= conv_std_logic_vector(13, 5);
END ARCHITECTURE rtl;

score 17 · Accepted Answer

VHDL では現在の日付と時刻を直接取得することはできませんが、解決策を以下に示します。

EDITED 2013-08-10 : アルテラ Quartus II Tcl 自動生成の説明を追加。

日付と時刻を利用可能にする 1 つの方法は、次のような自動生成された VHDL パッケージを使用することです。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

package datetime is
  -- Date information
  constant YEAR_INT  : integer                       := 2013;
  constant YEAR_HEX  : std_logic_vector(15 downto 0) := X"2013";
  constant MONTH_INT : integer                       := 08;
  constant MONTH_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X"08";
  constant DAY_INT   : integer                       := 09;
  constant DAY_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X"09";
  constant DATE_HEX  : std_logic_vector(31 downto 0) := YEAR_HEX & MONTH_HEX & DAY_HEX;
  -- Time information
  constant HOUR_INT   : integer                       := 13;
  constant HOUR_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X"13";
  constant MINUTE_INT : integer                       := 06;
  constant MINUTE_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X"06";
  constant SECOND_INT : integer                       := 29;
  constant SECOND_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X"29";
  constant TIME_HEX   : std_logic_vector(31 downto 0) := X"00" & HOUR_HEX & MINUTE_HEX & SECOND_HEX;
  -- Miscellaneous information
  constant EPOCH_INT  : integer := 1376046389;  -- Seconds since 1970-01-01_00:00:00
end package;

この VHDL パッケージは、次のような Tcl スクリプトで作成できます。

# Make datetime.vhd package from Tcl script

# Current date, time, and seconds since epoch
# Array index                                            0  1  2  3  4  5  6
set datetime_arr [clock format [clock seconds] -format {%Y %m %d %H %M %S %s}]

# Write VHDL package
set filename datetime.vhd
set file [open $filename w]
puts $file "library ieee;"
puts $file "use ieee.std_logic_1164.all;"
puts $file ""
puts $file "package datetime is"
puts $file "  -- Date information"
puts $file "  constant YEAR_INT  : integer                       := [lindex $datetime_arr 0];"
puts $file "  constant YEAR_HEX  : std_logic_vector(15 downto 0) := X\"[lindex $datetime_arr 0]\";"
puts $file "  constant MONTH_INT : integer                       := [lindex $datetime_arr 1];"
puts $file "  constant MONTH_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"[lindex $datetime_arr 1]\";"
puts $file "  constant DAY_INT   : integer                       := [lindex $datetime_arr 2];"
puts $file "  constant DAY_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"[lindex $datetime_arr 2]\";"
puts $file "  constant DATE_HEX  : std_logic_vector(31 downto 0) := YEAR_HEX & MONTH_HEX & DAY_HEX;"
puts $file "  -- Time information"
puts $file "  constant HOUR_INT   : integer                       := [lindex $datetime_arr 3];"
puts $file "  constant HOUR_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"[lindex $datetime_arr 3]\";"
puts $file "  constant MINUTE_INT : integer                       := [lindex $datetime_arr 4];"
puts $file "  constant MINUTE_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"[lindex $datetime_arr 4]\";"
puts $file "  constant SECOND_INT : integer                       := [lindex $datetime_arr 5];"
puts $file "  constant SECOND_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"[lindex $datetime_arr 5]\";"
puts $file "  constant TIME_HEX   : std_logic_vector(31 downto 0) := X\"00\" & HOUR_HEX & MINUTE_HEX & SECOND_HEX;"
puts $file "  -- Miscellaneous information"
puts $file "  constant EPOCH_INT  : integer := [lindex $datetime_arr 6];  -- Seconds since 1970-01-01_00:00:00"
puts $file "end package;"
close $file

アルテラ Quartus II では、合成前にフローでこのスクリプトを実行することが可能であり、それによって datetime パッケージを作成できます。これは、スクリプトの名前が「make_datetime.tcl」である以下の行で .qsf ファイルで行われます。

set_global_assignment -name PRE_FLOW_SCRIPT_FILE "quartus_sh:make_datetime.tcl"

この Quartus II 機能の詳細については、Quartus II Tcl Example: Automatic Script Executionを参照してください。

Datum2 モジュールは、次のようにパッケージを使用できます。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;

entity Datum2 is
  port(
    Day   : out std_logic_vector(4 downto 0);
    Month : out std_logic_vector(3 downto 0);
    Year  : out std_logic_vector(4 downto 0));
end Datum2;


library work;
use work.datetime;

architecture rtl of Datum2 is
begin
  Day   <= conv_std_logic_vector(datetime.day_int, 5);
  Month <= conv_std_logic_vector(datetime.month_int, 4);
  Year  <= conv_std_logic_vector(datetime.year_int mod 100, 5);
end architecture rtl;

Quartus II での合成後、RTL ビューアーはモジュール出力を以下のように表示します。

ここに画像の説明を入力

前述の代替ソリューションは、次のような Bash スクリプトを使用して VHDL パッケージを作成することです。

# Make datetime.vhd package from shell script

# Current date, time, and seconds since epoch
# Array index           0  1  2  3  4  5  6
datetime_arr=($(date +"%Y %m %d %H %M %S %s"))

# Write VHDL package
filename="datetime.vhd"
echo "library ieee;" > $filename
echo "use ieee.std_logic_1164.all;" >> $filename
echo "" >> $filename
echo "package datetime is" >> $filename
echo "  -- Date information" >> $filename
echo "  constant YEAR_INT  : integer                       := ${datetime_arr[0]};" >> $filename
echo "  constant YEAR_HEX  : std_logic_vector(15 downto 0) := X\"${datetime_arr[0]}\";" >> $filename
echo "  constant MONTH_INT : integer                       := ${datetime_arr[1]};" >> $filename
echo "  constant MONTH_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"${datetime_arr[1]}\";" >> $filename
echo "  constant DAY_INT   : integer                       := ${datetime_arr[2]};" >> $filename
echo "  constant DAY_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"${datetime_arr[2]}\";" >> $filename
echo "  constant DATE_HEX  : std_logic_vector(31 downto 0) := YEAR_HEX & MONTH_HEX & DAY_HEX;" >> $filename
echo "  -- Time information" >> $filename
echo "  constant HOUR_INT   : integer                       := ${datetime_arr[3]};" >> $filename
echo "  constant HOUR_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"${datetime_arr[3]}\";" >> $filename
echo "  constant MINUTE_INT : integer                       := ${datetime_arr[4]};" >> $filename
echo "  constant MINUTE_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"${datetime_arr[4]}\";" >> $filename
echo "  constant SECOND_INT : integer                       := ${datetime_arr[5]};" >> $filename
echo "  constant SECOND_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"${datetime_arr[5]}\";" >> $filename
echo "  constant TIME_HEX   : std_logic_vector(31 downto 0) := X\"00\" & HOUR_HEX & MINUTE_HEX & SECOND_HEX;" >> $filename
echo "  -- Miscellaneous information" >> $filename
echo "  constant EPOCH_INT  : integer := ${datetime_arr[6]};  -- Seconds since 1970-01-01_00:00:00" >> $filename
echo "end package;" >> $filename

プラットフォームに依存しないようにするには、次のような Python 3.x スクリプトを使用できます。

# Make datetime.vhd package from Python 3.x script

# Get date and time
import datetime
import time
now = datetime.datetime.now()
now_epoch_sec = int(time.time())

# Write VHDL package
file = open('datetime.vhd', 'wt')
file.write('library ieee;\n')
file.write('use ieee.std_logic_1164.all;\n')
file.write('\n')
file.write('package datetime is\n')
file.write('  -- Date information\n')
file.write('  constant YEAR_INT  : integer                       := {};\n'.format(now.strftime('%Y')))
file.write('  constant YEAR_HEX  : std_logic_vector(15 downto 0) := X\"{}\";\n'.format(now.strftime('%Y')))
file.write('  constant MONTH_INT : integer                       := {};\n'.format(now.strftime('%m')))
file.write('  constant MONTH_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"{}\";\n'.format(now.strftime('%m')))
file.write('  constant DAY_INT   : integer                       := {};\n'.format(now.strftime('%d')))
file.write('  constant DAY_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"{}\";\n'.format(now.strftime('%d')))
file.write('  constant DATE_HEX  : std_logic_vector(31 downto 0) := YEAR_HEX & MONTH_HEX & DAY_HEX;\n')
file.write('  -- Time information\n')
file.write('  constant HOUR_INT   : integer                       := {};\n'.format(now.strftime('%H')))
file.write('  constant HOUR_HEX   : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"{}\";\n'.format(now.strftime('%H')))
file.write('  constant MINUTE_INT : integer                       := {};\n'.format(now.strftime('%M')))
file.write('  constant MINUTE_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"{}\";\n'.format(now.strftime('%M')))
file.write('  constant SECOND_INT : integer                       := {};\n'.format(now.strftime('%S')))
file.write('  constant SECOND_HEX : std_logic_vector(7 downto 0)  := X\"{}\";\n'.format(now.strftime('%S')))
file.write('  constant TIME_HEX   : std_logic_vector(31 downto 0) := X\"00\" & HOUR_HEX & MINUTE_HEX & SECOND_HEX;\n')
file.write('  -- Miscellaneous information\n')
file.write('  constant EPOCH_INT  : integer := {};  -- Seconds since 1970-01-01_00:00:00\n'.format(now_epoch_sec))
file.write('end package;\n')
file.close()

32 ビットのレジスタ値で日付と時刻を表示する場合、モジュールは次のようになります。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity tb is
end entity;

library work;
use work.datetime;
architecture sim of tb is
  signal date_hex : std_logic_vector(31 downto 0);
  signal time_hex : std_logic_vector(31 downto 0);
begin
  date_hex <= datetime.DATE_HEX;
  time_hex <= datetime.TIME_HEX;
  process is begin wait; end process;
end architecture;

以下に波形を示します。

ここに画像の説明を入力

Bash または Python スクリプトアプローチでは、自動パッケージ生成のためにビルドフローに統合する必要があります。

編集済み 2016-08-08、Damien による更新: Altera Quartus からの非 Tcl スクリプト呼び出しの説明。

(Linux で) bash スクリプトを統合するには、プロセスの一部として bash スクリプトを呼び出す Tcl ラッパースクリプトを作成します。この例では、「call_bash.tcl」スクリプトと実際の作業を行う「make_datetime.sh」を含む「scripts」ディレクトリがあります。

# Useful if the script is in a subdirectory
proc getScriptDirectory {} {
    set dispScriptFile [file normalize [info script]]
    set scriptFolder [file dirname $dispScriptFile]
    return $scriptFolder
}

set scriptDir [getScriptDirectory]

# Call the bash script which does the real work
exec $scriptDir/make_datetime_vhdl.sh

# Add a message the Altera workflow
post_message -type info "Created datetime.vhd"

アルテラのビルドフローへの統合は、qsf ファイルに以下を追加することで実現できます。

set_global_assignment -name PRE_FLOW_SCRIPT_FILE "quartus_sh:scripts/call_bash.tcl"

score 1 · Accepted Answer

タイムスタンプが更新されるたびに完全なコードを書き出す必要はありません。Quartus では、TCL を使用して、コンパイル前にトップレベルのジェネリックを設定できます。

ジェネリックをタイムスタンプエンティティに渡します。

entity top is
generic (day, month, year : integer);
end entity top;

architecture struct of top is
begin
timestamp_inst : entity work.timestamp generic map(day, month, year);
end architecture struct;

次に、プリフロースクリプトを使用してジェネリックを設定します。

set_parameter -name day $someday
set_parameter -name year $someyear
# etc

タイムスタンプ、git リビジョン、ビルド ID の両方でこのアプローチをうまく使用しました。ワード配列に変換してROMとしてアクセスすると便利だと思います。想像力を働かせてください。

vhdl - FPGA での日付と時刻のコンパイル

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