Interfaces et modports

Regrouper les signaux d'un protocole, préciser le rôle de chaque bloc et réduire les erreurs de connexion.

Regrouper un protocole

Une interface rassemble les signaux qui forment une même liaison. Elle peut aussi contenir des types, paramètres, fonctions, tâches et assertions liés au protocole.

interface simple_stream_if #(
  parameter int unsigned WIDTH = 32
) (
  input logic clk
);
  logic             valid;
  logic             ready;
  logic [WIDTH-1:0] data;
  logic             last;
 
  modport source (
    input  clk, ready,
    output valid, data, last
  );
 
  modport sink (
    input  clk, valid, data, last,
    output ready
  );
endinterface

Au lieu de répéter quatre ports à chaque niveau, un module reçoit une instance de l'interface.

module stream_register (
  simple_stream_if.sink   upstream,
  simple_stream_if.source downstream
);
  always_ff @(posedge upstream.clk) begin
    if (upstream.valid && upstream.ready) begin
      downstream.data  <= upstream.data;
      downstream.last  <= upstream.last;
      downstream.valid <= 1'b1;
    end else if (downstream.ready) begin
      downstream.valid <= 1'b0;
    end
  end
 
  assign upstream.ready = downstream.ready || !downstream.valid;
endmodule

Le rôle des modports

Un modport décrit la vue d'un participant. Pour source, valid, data et last sont des sorties, tandis que ready est une entrée. Pour sink, les directions sont inversées.

Cette information aide le compilateur à repérer un signal piloté du mauvais côté. Elle documente aussi le protocole sans devoir relire tous les modules connectés.

Les directions d'un modport sont vues depuis le module qui l'utilise. C'est un point fréquent de confusion lors de la première écriture.

Instanciation au niveau supérieur

simple_stream_if #(.WIDTH(16)) link (.clk(i_clk));
 
producer u_producer (.bus(link.source));
consumer u_consumer (.bus(link.sink));

Une seule instance link contient les signaux. Les modports limitent la vue fournie à chaque module.

Ce qu'une interface ne règle pas

Une interface ne définit pas à elle seule le comportement temporel. Il faut toujours écrire les règles du protocole : quand valid peut changer, quand un transfert a lieu, combien de cycles une donnée reste stable et comment le reset agit.

Les interfaces sont synthétisables dans de nombreux outils modernes, mais certaines limites existent sur les tâches, les paramètres, les tableaux d'interfaces ou les frontières d'IP. Une interface plate et simple est généralement la plus portable.

À retenir

• Une interface regroupe les signaux et déclarations d'un protocole.
• Un modport donne une vue et des directions propres à un rôle.
• Les directions sont exprimées depuis le module utilisateur.
• Une interface réduit les connexions répétées, pas le besoin de spécifier le protocole.
• Il faut vérifier le support de synthèse aux frontières du projet.

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