簡介：從20世紀(jì)90年代開始，利用硬件描述語言和綜合技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的方法已經(jīng)在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到普及。隨著集成電路集成度的不斷提高，傳統(tǒng)硬件描述語言和設(shè)計(jì)方法的開發(fā)效率低下的問題越來越明顯。近年來逐漸嶄露頭角的敏捷化設(shè)計(jì)方法將把集成電路設(shè)計(jì)帶入一個(gè)新的階段。與此同時(shí)，集成電路設(shè)計(jì)也需要一種適應(yīng)敏捷化設(shè)計(jì)方法的新型硬件開發(fā)語言。本書從實(shí)用性和先進(jìn)性出發(fā)，較全面地介紹新型硬件開發(fā)語言Chisel和數(shù)字系統(tǒng)敏捷化設(shè)計(jì)方法。全書分兩篇。第一篇共10章，主要內(nèi)容包括Chisel語言簡介、Chisel的數(shù)據(jù)類型、Chisel的模塊與硬件類型、Chisel常用的硬件原語、如何將Chisel代碼轉(zhuǎn)換生成Verilog HDL代碼及基本測試方法、Chisel的黑盒、用Chisel實(shí)現(xiàn)多時(shí)鐘域設(shè)計(jì)、Chisel的函數(shù)應(yīng)用及其他議題等。第二篇共9章，介紹編寫Chisel需要掌握的Scala語言編程基礎(chǔ)知識(shí)。讀者可以根據(jù)自身情況，跳過第二篇Scala基礎(chǔ)部分，直接學(xué)習(xí)Chisel的硬件開發(fā)功能。本書提供配套的課后練習(xí)參考答案、仿真程序代碼等。本書可作為集成電路科學(xué)與工程、電子信息類、計(jì)算機(jī)類等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生及研究生的教學(xué)用書，也可供從事集成電路設(shè)計(jì)的工程人員和EDA專業(yè)人員學(xué)習(xí)、參考。

0.為什么選擇本書

進(jìn)一步學(xué)習(xí)CPU時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)很多資源都是使用chisel語言設(shè)計(jì)的，僅僅使用verilog也許很難支撐我們的進(jìn)階學(xué)習(xí)。因此，學(xué)習(xí)一門更加有利于快速實(shí)現(xiàn)的語言是有必要的。本書是市面上唯一一本成體系地講解Chisel和Scala地書籍，具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。由于筆者自己之前并沒有java和scala基礎(chǔ)，所以這個(gè)學(xué)習(xí)路徑勢必是比較陡峭的，所以我的學(xué)習(xí)思路可以適應(yīng)零基礎(chǔ)的入門學(xué)習(xí)路線。從零開始的Chisel，從這里開始！

1.Scala與Chisel入門概述

本章主要解決的就是一個(gè)問題，Chisel為什么選擇Scala，以及我們?yōu)槭裁催x擇Chisel。對于筆者這樣的電子專業(yè)的小白來說，并沒有學(xué)習(xí)過java，使用的編程語言大多數(shù)是C和Python，C++使用都很少。所以固然，也沒有聽說過Scala。

Why Scala?

• Scala基于JVM（Java虛擬機(jī)）運(yùn)行，其語法更強(qiáng)大，形式更簡單，代碼量更少。

• Scala是面向?qū)ο蟮暮瘮?shù)式語言，C/C++、Python，Java都是指令式編程。

• Scala是一門可以自由伸縮的語言，能夠裁剪已有的系統(tǒng)類庫，也可以擴(kuò)展自定義庫。它的學(xué)習(xí)曲線并不平滑，而是階梯式的。

• Scala由于其強(qiáng)大語法特性，成為了一種優(yōu)秀的“宿主”語言，可以便捷地開發(fā)出一門新語言。

• Scala比Python更簡潔，抽象程度比C++更高。

看到這些特性，筆者簡直是已經(jīng)按耐不住一探究竟的狂熱心情，這么好的語言我之前怎么沒學(xué)習(xí)過！

Why Chisel?

verilog誕生的歷史悠久，它是C語言時(shí)代的產(chǎn)物。隨著軟件各種語言開發(fā)效率的巨大進(jìn)步，硬件開發(fā)語言顯得無法跟上潮流。關(guān)于這個(gè)問題的討論并非近年才開始，而是早已持續(xù)數(shù)年。主張改進(jìn)verilog的一派開發(fā)了systemverilog，但它仍有很多不足，主要應(yīng)用于驗(yàn)證領(lǐng)域。主張重構(gòu)新語言的C++派開發(fā)了systemC，但它并沒有受到廣泛的支持。主張Java的一派直到近年才推出了Chisel，它推動(dòng)了硬件設(shè)計(jì)的敏捷開發(fā)。它可以通過Firrtl編譯器轉(zhuǎn)換為Verilog HDL或VHDL，它實(shí)際上仍然會(huì)生成verilog代碼，借助verilog間接生成電路，因此不存在EDA方面的限制。

Chisel為硬件電路設(shè)計(jì)引入了面向?qū)ο筇匦?#xff0c;減少了很多不必要的語法，改進(jìn)了有瑕疵的語法。它生成的verilog都是可綜合的，消除了一些歧義語法，利用模式匹配、特質(zhì)混入、類繼承等特性能夠快速改變電路結(jié)構(gòu)。

由于Chisel是建構(gòu)在Scala之上的，因此本書安排了前后兩部分內(nèi)容，第一部分介紹Chisel的語法與實(shí)戰(zhàn)，第二部分介紹Scala的語法與實(shí)戰(zhàn)。由于我們是零基礎(chǔ)入門，所以需要首先學(xué)習(xí)Scala的語法。我們從第二部分開始學(xué)習(xí)。

2.Scala語言編程基礎(chǔ)

2.1 Scala的運(yùn)行

為了更遍歷地使用Scala和各種編譯鏈，我們最好在Linux環(huán)境下進(jìn)行學(xué)習(xí)。這里我使用Windows11的Ubuntu子系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，使用虛擬機(jī)也可以。關(guān)于如何在Windows11上運(yùn)行Ubuntu子系統(tǒng)，可以查閱其他資料，在這里不贅述。

環(huán)境：ARM64 Windows11 MatebookEGo Snapdragon (TM) 8cx Gen 3 @ 3.0 GHz 3.00 GHz Ubuntu22.04 WSL2

官方網(wǎng)站：Install | The Scala Programming Language

以我的執(zhí)行環(huán)境為例，介紹安裝過程：

首先需要安裝java環(huán)境，我的ubuntu中沒有自帶java環(huán)境。

sudo apt install default-jdk

之后執(zhí)行這條指令：

curl -fL https://github.com/VirtusLab/coursier-m1/releases/latest/download/cs-aarch64-pc-linux.gz | gzip -d > cs && chmod +x cs && ./cs setupsudo apt install default-jdk

這時(shí)scala已經(jīng)被成功安裝，但我們需要重啟Ubuntu，對我而言我重啟了命令行。之后我們用下面的語句測試：

scala -version

如果能正確顯示版本號(hào)，沒有WARNNING則說明已經(jīng)安裝完成。這時(shí)直接輸入scala便可進(jìn)入scala編譯器，可以開始執(zhí)行程序了。

jia@J-MateBookEGo:~$ scala
Welcome to Scala 3.6.2 (21.0.5, Java OpenJDK 64-Bit Server VM).
Type in expressions for evaluation. Or try :help.
?
scala> 1+2
val res0: Int = 3

如果我們希望使用圖形化界面編程，可以安裝IDEA，網(wǎng)上教程很多，在這里不多說明了。