FPGA设计中Tcl在Vivado中的基础应用

Tcl介绍

Vivado是Xilinx最新的FPGA设计工具，支持7系列以后的FPGA及Zynq 7000的开发。与之前的ISE设计套件相比，Vivado可以说是全新设计的。无论从界面、设置、算法，还是从对使用者思路的要求，都是全新的；在运行速度、算法优化和功能整合等很多方面都有了显著地改进。但是对初学者来说，新的约束语言XDC以及脚本语言Tcl的引入则成为了快速掌握Vivado使用技巧的最大障碍，以至于两年多后的今天，仍有很多用户缺乏升级到Vivado的信心。

本文介绍了Tcl在Vivado中的基础应用，希望起到抛砖引玉的作用，指引使用者在短时间内快速掌握相关技巧，更好地发挥Vivado在FPGA设计中的优势。

使用Tcl作为它的命令语言的好处：

1 Tcl提供了标准语法，一旦用户掌握了Tcl就可以很容易的发布命令给基于Tcl的程序

2 Tcl可作为程序间通信的接口

3 通过Tcl， Vivado具备了强大的设计分析能力
• 快速定位设计中的问题
• 减少设计迭代周期

基本语法和基础命令

在Vivado中的Tcl命令行里，学习这些基本语法

（Windows下 –> 开始 –> 所有程序 –> Xilinx Design Tools –> Vivado xxx –> Vivado xxx Tcl Shell）

01、命令格式

一条Tcl的命令串包含了多条命令时，用换行符或分号来隔开，而每一条命令包含了一个域的集合，域使用空白分开的，第一个域是一个命令的名字，其它的是作为参数来传给它。

02、数据类型

Tcl只支持一种数据结构：字符串。所有的命令、命令里的所有的参数、命令的结果、变量全部都是都是字符串。

简单实例：

set i 123 
       将123这个字符串赋值给i变量

unset i 
       清除变量

set i hi 
       将hi这个字符串赋值给i变量

set i "hi hello" 
       hi hello中有空格，所以加引号

set i 123;#开始注释
       注意: 注释前，要先用分号，把命令结束掉，或者换行注释  

03、设置变量

设置一个名为myVar的变量，其值为Hello World!

04、使用$符号引用变量

其中puts是打印命令

05、使用[]将命令返回值，作为新命令的参数

set j 232命令会返回值232
新命令就成了 set i 232

这里稍微复杂一点点的例子：
set i a[set j b][set k c]
最后的结果就是：j=b ; k=c ; i=abc

06、数组

数组不需要声明，直接赋值即可，也不必按照顺序来：
set i(1) 123 ; set i(16) hi

当然也支持任意维数的数组：
set i(1,2,3) hi
引用的时候直接$i(1,2,3)即可

parray命令
可以打印出一个数组的全部信息：

array命令
命令格式：array option arrayName

option 是 操作选项，有如下可选：
　　name : 返回数组的所有元素的名称
　　size : 返回数组的长度
　　startsearch : 初始化一次遍历，返回一个遍历标识符(searchId)，这个searchId在下面用到，（是可以多个遍历同时进行的）
　　下面的命令格式为：array option arrayName searchId
　　->nextelement : 返回数组中下一个元素，如果没有返回空
　　->anymore : 如果接下来还有元素，返回1，否则返回0
　　->donesearch : 结束遍历

07、字符串命令

string命令:

命令格式：string option string1 string2

option 是 操作选项，有如下可选：
compare : 按照字母的排序方式比较，string1 <,=,>string2，分别返回-1,0,1
match : 判断string1和string2是否匹配
first : 检索string2中第一次出现string1的位置，如果没有出现string1则返回-1
last : 和first相反
trim : 从string1中删除开头和结尾的，string2的字符

命令格式：string option string
tolower : 返回string中的所有字符被转换为小写字符后的新字符串
toupper : 返回string中的所有字符串转换为大写后的字符串
trimleft : 去除string左空白，类似的还有trimright
length : 返回string1的长度

range :
string range abcdef 1 2，返回输出结果为bc

append命令:
字符串追加，可以无限拼接

set i a
append i b c d
puts $i123

i变量的值就成了 abcd，注意append i b c d命令，而不是append $i b c d

split命令
命令格式：split 字符串 分割符，将字符串转换为列表

08、数字操作

tcl中只有string类型的变量，所以当进行数字运算的时候，需要用到incr和expr操作命令

incr命令:
a变量自加-3：incr a -3
a变量自加1 ： incr a

expr命令:
类似C语言中的算术操作符有（在Tcl 中的逻辑：真为1，假为0）：
!、* 、/、 %、+、-、<<、 >> 、< 、> 、<= 、>= 、== 、!=、& 、^ 、|、&&、 || 、x ? y : z
除此之外，expr还能够识别一些函数及其返回值： abs(x) 、round(x) 、sin(x)、cos(x) 等
使用方法：expr 表达式

09、proc自定义函数

proc：

proc hello {str} {
puts hello:$str}

需要注意的是，如果不能一行写完，那建议按照如下格式来定义（主要是要将“{”放到第一行的末尾）：
第一行： proc+（空格）+函数名+（空格）+{参数}+（空格）+{
中间行： 逻辑运算
最后行： }

全局变量global：
用于将过程中的局部变量变成外界可操作的全局变量

proc hello {} { global x set x hi set i hello}1234

上述代码，执行结果：

return命令：

proc hello {} {return world}
set i [hello]12

return命令没啥好说的，上述代码的结果是，将i变量赋值为world字符串

10、控制流和循环命令

Tcl语言中用于控制流程和循环的命令与C语言及其它高级语言中相似，包括if、while、for和foreach等等。

具体使用可以参考如下示例：

if 流控制:
这个同样建议按照格式来：
第一行： if+（空格）+{表达式}+（空格）+{
中间行： 逻辑运算
第N行： }+（空格）+else+（空格）+{
中间行： 逻辑运算
最后行： }

switch流控制 :
例子如下，一目了然：

switch 2 {
1 {puts 111}
2 {puts 222}
3 {puts 333}
default {puts xxx}
}

case流控制:

case abcd in a {puts 111} *bc* {puts 333} default {puts xxx} 1

上述程序对字符串abcd进行判断：
条件一 : 字符串为a
条件二 : 不管字符串的前后字符是啥，只要中间有bc子字符串即可
条件三 : default

foreach循环：

循环读取myVar变量的值并打印，那就需要这个foreach了

for循环：
TCL的for循环也是很类似C语言的：

for {set i 0} {$i < 10} {incr i} {
puts $i
}123

初始化i=0，范围 i<10 ，循环i=i+1

while循环：

判断变量的值，打印，变量再赋值就OK了

11、字符串转为命令

eval命令：
set a set ; set b i ; set c hello ; eval $a $b $c
上述代码就等效于：set i hello
eval将字符串的内容，作为命令，执行

12、打印输出

打印主要通过puts语句来执行，配合特殊符号，直接决定最终输出内容。

编辑：hfy