第34卷第1期2017年1月
计算机应用与软件
Computer Applications and Software
VoL34 No.1
Jan.2017
Verilog到Java在线翻译器Verilog2Java的设计与实现
刘有耀杨鹏程
(西安邮电大学研究生院陕西西安7io m)
摘要为实现Verilog语言的跨平台操作，完成软硬件之间的协同设计验证，提出了在线翻译器Veril〇g2Java 的设计思路。通过对Verilog和Java语言的比较，首先设计出一组从Verilog到Java的翻译规则，然后采用B/S结构，将已定义的规则加载到配置好的Eclipse工作环境下，再到数据库中执行相应的查询操作，最终生成功能等价 的J a v a目标代码。结果表明：该翻译器经多次实例验证，可完成预期的设计功能。
关键词Verilog J a v a在线翻译器协同设计
中图分类号TP311 文献标识码A D O I：10.3969/j.issn. 1000-386x. 2017. 01.019 DESIGN AND REALIZATION OF VERILOG2JAVA ONLINE TRANSLATOR
THAT TRANSLATES FROM VERILOG TO JAVA
Liu Youyao Yang Pengcheng
{Graduate School of Xi^ an University of Posts and Telecommunications, XV an 710121 ^Shaanxi, China) Abstract A design thinking that translates from Verilog to Java i s proposed to achieve cross-platform operation of Verilog language and complete collaborative design and verification between hardware and software. By comparing the similarities between Verilog and Java language, a set of conversion rules for the translation from Verilog to Java i s designed. Then the B/S structure i s adopted to load the defined rules to configure Eclipse working environment, and then execute the search operation in the database. Finally, a functional equivalent of the Java language i s generated. The results show that the translator i s able to complete the expected design function.
Keywords Verilog Java Online translator Collaborative design
〇引言
Verilog因其具有很强的灵活性，语法简单，容易 理解等优点而成为目前应用最为广泛的硬件描述语言 之一。而Java语言也因其平台无关性和“一次编译，随处运行”的特点逐渐成为一种系统设计和开发的高 级程序设计语言。随着专用集成电路A S I C发展速度 的加快和集成度的不断提高，设计人员急需一种软硬 件协同设计模式来替代其繁琐的跨平台操作。而Ver-i l〇g2Java在线翻译器正好提供了这样的功能。通过在 Eclipse工作平台下的配置和Tomcat服务器上的部署，把硬件语言描述的功能转换为软件实现的方法，再经 过预定义的翻译规则，将软件模块对硬件功能的调用 转化为同种语言之间的相互调用，从而完成软硬件之 间的协同设计[1’2]验证，为Verilog语言的跨平台应用提供了一种全新的实现方法。
1Verilog2Java在线翻译器设计思路本文所采用的B/S体系结构主要是利用W e b技 术与浏览器JavaScript相互结合，再处理浏览器提出的 请求。用户在使用在线翻译器软件的过程中，只需通 过浏览器就可随时随地实现翻译功能。
本文的主要工作是在B/S架构上设计一个由Ver­ilog 向Java 转换的在线翻译器，其设计思路是通过对 两种语言的对比后得出的。从语言的语法特点上来 看，两种语言在许多方面都具有共性，可以将这些共性 提取出来，重新定义为一种新的概念，并对这些新概念 进行数据化的表示，以保证实现二者之间的翻译[3]功 能。这些共性主要在以下几个方面上体现：
(1) Verilog语言中的模块化思想与J a v a中的封
收稿日期:2015-12-10。刘有耀，副教授，主研领域：专用集成电路设计。杨鹏程，硕士生。
第1期刘有耀等:
Verilog到Java在线翻译器Verilog2Java的设计与实现107
装类实现的功能相同。对于Verilog中的模块，可以将 其转换为J a v a中的一个封装类来实现。Verilog有时 在实现某些复杂的功能时，需要使用一个模块去调用 另一个模块的实例元件来实现，转换为Java语言时，就相当于实现一个难度较大的方法需调用已定义的方 法类提供特定的功能来实现。
(2)Verilog中的任务task和函数function语句的 实现在Java语言中可以用外部定义一个特定的方法 类来进行具体的描述和转换。
(3) Verilog中的行为描述语句如if条件语句，while循环语句和f o r•语句以及case生成语句等，在Ja- v a中都有相似的语法来实现它们之间的转换。
根据这些相似性，给出Verilog2Java的总体设计思 路：首先将Verilog源文件经过预处理模块后保存到 Verilog数据表中。然后再利用在线翻译器（需事先将 运行平台和服务器都设置完成）中预先定义好的
翻译 规则，在Verilog数据表和预先定义好的Java数据表中 进行查询，完成两者之间的转换，最后生成J a v a目标 代码。整个Verik)g2java的设计如图1所示。
图1 Verilog2Java总体设计
2 Verilog2Java在线翻译器的翻译规则
在Verilog转换为Java的过程中，需要事先定义 Verilog元素转换为Java语言的翻译规则，下面是一些 主要的翻译规则。
2.1模块的调用与端口的翻译
Verilog设计中的基本功能块就是模块。模块[4]由描述接口和实现逻辑功能两部分组成。模块描述的 接口即是端口，它是模块与外界交互的界面，它代表的 是模块的输入和输出口名，也是与别的模块联系的端 口的标识。基于这些方面，可将其转换为Java语言方 法，因为Java中的方法定义了对象提供的服务，也定 义了对象与使用对象程序之间的接口。这样做的优势 在于可以比较自然地将Verilog定义的端口作为Java 方法中的参数传入，来实现翻译的功能。当一个模块 功能的实现需要调用另一个模块来完成时，只需对该模块的元件实例进行调用即可。这种模块的调用映射 为Java语言时，可以在Java中提前定义好一个类，当需要使用时，另一个方法调用该事先定义好的类即可 实现Verilog所描述的功能。
接下来通过一个具体的实例来说明模块之间的转 换，如表1所示。
表1 Verilog模块及其对应的Java类
Verilog 模块(module )Java 方法（Class )
public class D _ FF ( DataType module T_FF(q, elk, clear)；
output q；
input d, elk, reset；
q, DataType elk, DataType
clear)
1
module D _ FF ( q, qbar, d,
elk, clear)；
endmodule
public class D _ FF ( DataType
q, DataType qbar, DataType
d, DataType elk, DataType
clear) )|
1
从该实例中可以更加明显看出，Verilog对于模块 的调用对应转换为Java中方法的调用。而Verilog中的端口列表则与Java定义的DataType类中的参数一 ^^对应。
2.2数据类型的翻译
Verilog中最基本的数据类型:reg型、wire型、inte­ger•型和parameter•型。在进行转换时，需要事先使用 Java定义类的方法在Java代码中定义一个新的数据 类型DataType类。该类的主要作用是处理Verilog中所有与数值有关的语句。包括Verilog中各个赋值数 据的当前值CuirentValue和在赋值过程中
所记录的值 HistoryValue，以及判断某个变量是否满足上升沿Ris-ingEdge()或下降沿FallingEdge()条件的方法，这两种 方法均返回boolean类型的结果。当Verilog模块的行 为描述语句需要明确事件是否满足触发条件时，Java 语言可以调用该类对象的成员方法进行相应的翻译去 判断，这样做可以减小翻译出现的错误率，方便之后的 校正。
2.3结构说明语句的翻译
Verilog中主要包括4种结构说明语句：i n i t i a l、always、task和 function。i n i t i a l 和 always语句在程序运 行时就开始执行。每个initial语句代码只运行一次，其表现形式为i n i t i ，将其翻译为Java语句时，只需给变量赋初值即可。而always语句则是只要满足触 发条件就不断地重复进行，直到模块运行结束。其表现形式为always @ (事件表达式）d，将其翻译为Java语言时，需要用到Java语言中的if语句来 判断其触发条件是否成立，若成立，
则继续执行下面的
108计算机应用与软件2017 年
语句。而 n d中的数据在翻译时就需要比较变量的当前值和历史所记录的值。上一次赋值后所保 存的值存放于历史记录值HistoryValue中，而变量当前 的值则存放于CurrentValue中。每当语句执行结束后，需将每个变量的当前值CurrentValue赋给各自的 历史值HistoryValue，此时可以在DataType类中新添加 一个成员类的方法FinalNumber()，该方法返回的是 void类型。其中的事件表达式可以调用数据类型翻译 时定义的DataType类中的上升沿RisingEdge()方法和 下降沿FallingEdge()方法来实现。接下来通过一个 实例来具体地阐述这两种说明语句块的翻译。如表2 所示。
表2 initial语句和always语句对应的翻译方法
Verilog 模块Java方法
int q. CurrentValue = 0;
initial q = 0;if( elk. RisingEdge ( ) 11reset. Fall-always @ ( posedge elk ingEdge〇) |
or negedge reset)q. CurrentValue = data. CurrentVal-begin ue；
q = data；q. FinalNumber()；
end data. FinalNumber()；
}
task和function语句分别用来对任务和函数进行 定义，当编写一个较大的程序模块代码时，往往需要将 其分解为许多较小的任务和函数来进行编写和调试。在翻译为Java语言时，可以首先定义一个外部的方法 类Method，当Verilog需要某项功能翻译为Java语言 时，可以直接调用Method类中定义的内容来实现我们 所要的功能，这样方便代码的重构。
2.4过程赋值语句的翻译
Verilog包括两种类型的过程赋值语句：非阻塞赋 值和阻塞赋值[5]。
(1)非阻塞赋值语句（如y< = x)
非阻塞的赋值方式在Verilog语句块中使用时，上面语句所赋的变量值不能立即就为下面的语句所 用；块结束后才能完成这次赋值操作，而所赋的变量 值是上一次赋值所得到的。非阻塞赋值的最大特点 在于语句执行的并行性，可以有效地避免竞争现象的发生。针对此特点，在翻译为Java代码时，可以将
等号右边变量的历史记录值HistoryValue赋给左边 变量的当前值CurrentValue，因为历史记录的值中保 存的正是上一个时钟周期该变量的值。具体的实例 如表3所7K。
表3非阻塞赋值语句的翻译
V erilo g模块J a v a方法
always @ (posedge elk)
begin
y < = x;
z < = y;
end
endm odule
if( elk. R isingEdge ( ) ) j
y. CurrentV alue = x. H istoryV alue；
z. CurrentV alue = y. H istoryV alue；
x. F in alN u m b er()；
y. F in alN u m b er()；
z. F in alN u m b er()；
}
从表3中可以看出，对于非阻塞赋值，由于代码的 执行方式是并行的，因此，每次执行完成后，z的值是 上一个时钟周期时y的值。
(2)阻塞赋值语句（如y= x)
对于阻塞赋值语句，在该语句执行结束时，y的值 就会立刻变为x所表示的值。当翻译为Java语言时，只需将等号右边变量的当前值赋给等号左边的变量，然后再调用FinalNumbeK)方法将各个变量的当前值 保存起来即可。具体的转换如表4所示。
表4阻塞赋值语句的转换实例
Verilog 模块Java方法
always @ ( posedge if( elk. RisingEdge ( ) ) j
elk)y. CurrentValue = x. CurrentValue；begin z. CurrentValue = y. CurrentValue；y = x;x. FinalNumber()；
z = y;y. FinalNumber()；
end z. FinalNumber()；
}
从表4中可以看出，这种赋值方式是立即执行的，也就是说在执行下一条语句时，y的值已和X的值保 持一致，即在同一个时钟周期内，两个变量的值可能是 相同的。
2.5行为描述语句的翻译
行为描述语句中的条件语句用于根据某个条件来 确定是否执行其后的语句，关键字if和else用于表示 条件语句。执行过程为：首先判断其条件表达式是否 成立，再根据成立与否判断执行哪一条语句。在
翻译 为Java语言时，比较简单，只需在判断条件处做一些 微小的改动即可。Verilog的循环语句while和f o i•语句的执行过程和Java语言执行此功能的代码相同，翻 译时可直接翻译。而对于case生成语句，它的执行过 程为：首先计算条件表达式的值，然后按照顺序将它和 各个候选项进行比较：若等于第一个候选项，则执行其 对应的语句，若和全部候选项都不相等，则执行default 语句。而将其翻译为Java语句时，需要用到switch(表 达式）丨case子句丨，switch语句计算初始表达式的值，并将其值和每个case子句中表达式的值进行匹配。
第1期刘有耀等:
Verilog到Java在线翻译器Verilog2Java的设计与实现109
程序将执行匹配的case子句中的语句块。如果没有 匹配的case子句，程序将执行可选的default(默认）子 句。表5展示了行为描述语句的具体翻译过程。
表5行为描述语句的翻译
Verilog 模块Java方法
case ( alu_control)switch ( alu_control) ,|//alu_control 已2，d0 : Q = x + y；定义在DataType类中
2，d l:case 0 ：
begin Q. CurrentValue = x. CurrentValue +
if (elk)y. Current V alue ；
Q = 〇;break ；
else case 1：
Q = x-y;if( elk. CurrentValue = = 1 ) Q. Cur­end rentValue =0；
2，d2 : Q = x * y;else
default ：display Q. CurrentValue = x. CurrentValue-y. (“ Invalid sig-CurrentValue ；
nal!，’）；break ；
endcase case 2 ：
Q. CurrentValue = x. CurrentValue * y.
conversion翻译方法的定义
CurrentValue ；
break ；
default ： System, out. println( u Invalid sig­
nal V7)；
Q. FinalNumber()；
x. FinalNumber()；
y. FinalNumber()；
1
3开发平台及具体实现
本文米用Edipse与Dreamweaver8的相互作用进行 页面的设计开发。Web服务器的操作系统为Windows Server2〇03、用Tomcat6.0作为Java的运行环境和对外 提供Web服务，用SQL Server2005作为数据库[6]服务。
在线翻译页面的设计中有两个文本域TextArea，上
面的文本域用于输入待翻译的句子，输入内容的格式为 Verilog文件形式。下面的文本域用于显示服务器的翻
译结果，当点击在线翻译按钮时，去数据库中查询相关 的信息，进行翻译。然后将翻译之后的结果显示出来。
数据库S Q L Server中有两个数据表，&个是存储 Verilog数据表，由于Verilog语言具有自己的语法特 点[7]，不可能把Verilog的所有模块以及语法格式都翻 译成Java。所以首先在Verilog的预处理模块中，对 Verilog某些不可翻译的语法成分做|些细微的改变，进而对翻译器的实现进行了简化。然后将改动后的部 分添加到Verilog数据表中对于\^]^1(^中的|些专用元素，Java中没有元素能够与其相对应，必须设计另 一个预先设计好的Java数据表。
下面来详细的分析其执行过程[8]:
用户登录到Verilog2Java在线翻译器的页面中，按 照Verilog的语法规则输人要翻译的内容，然后点击翻 译按钮将请求发送到Tomcat服务器端，服务器根据资 源的配置文件web.x m l对接受到的请求进行深入的分 析，再根据配置文件中的信息：
< welcome - file - list >
< welcome - file > index, html < /welcome - file >
< welcome - file > about, html < /welcome - file >
< welcome - file > login, jsp < /welcome - file >
< /welcome - file - list >
可知提交的请求是将Verilog转换为Java语言，然 后调用服务层 servlet 中的 com.ypc.servlet.Translator 执行该请求。在 Translator 中的口1!]31丨(3¥〇丨(1(1〇?〇81:(111:-tpServletRequest request,HttpServletResponse response) throws ServletException，IOExceptionf | 方法中获得页 面中输入的全部信息；然后创建实现翻译的会话层接 口TranslatorDao与数据库进行连接，之后调用public void search(String id，String name)方法执行查询操作；最终经过两个数据表的比较之后，对数据库进行更新操 作，调用数据库实现层com.ypc.dao.implement的public i n t update(String sqls)方法来实现，之后调用 Translator 类中的方法将更新之后的数据显示在页面上9
4设计实例
一个在Verilog2Java在线翻译器平台上运行的四 位脉动进位计数器的Verilog源代码描述以及翻译之 后的Java目标代码的显示实例，如图2所示#
S Veritog2Java翻译器
V2J Translato r lo g o1
原文
原代，Java目标代码^丽[m^\
译文
p u b l i c c l a s s c o u n t e r(D a t s T y p e D a t a T y p e c l o c k, D a t a T y p e
c l e a r) {
i f(c l e a r.R i s i n g E d g e()I I c l o c f c■
F a l l i n g E d g e⑴{
丨買制结果丨
关于\^^31肝3翻译器-2015年制作制作人：杨鹏程指导教师：刘有罐老师
图2设计实例展示
(下转第203页
)
第1期周叶江等：
GPU在活塞销尺寸快速检测中的应用研究203
管的缺陷检测上。
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(上接第109页）
经过V erilog2Java翻译器部署在Tomcat 6. 0服务 器上的验证，可以看出基本符合文中所定义的翻译规 则，从而验证了 V erilog2Java在线翻译器的可实现性和 正确性。
5结语
本文介绍了以J a v a为目标语言的V erilog2Java的在线翻译器，通过比较V erilo g和Ja v a语法的差别和共 同点，有针对性地设计翻译模式。在转换的过程中，充 分利用J a v a对象来封装V erilo g程序中的一些信息。Verilog：2Ja v a翻译器米用B/S结构、Java E E架构和 S Q L数据存储技术，在E c lip se配置的环境下结合Tom­cat 服务器完成了 一个基础的功 能模块 ，经过 多次测 试，运行基本正常，运行结果也基本符合所定义的规 律。接下来的工作是，实现V erilo g和J a v a之间的相互 翻译，并且充分利用Java语言的特点，使得Verilog2Java 在线翻译器性能更加稳定。
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