Verilogで現在時刻を表示する！完全解説と5つのサンプルコード

はじめに

Verilogはハードウェア記述言語（HDL）の一つで、電子回路やデジタル回路の設計に用いられます。

その中でもVerilogで現在時刻を表示する機能は非常に便利で、様々な場面で使用されます。

この記事では、Verilogを使って現在時刻を表示する方法について初心者目線で詳しく解説します。

具体的なサンプルコードとその使い方、注意点、カスタマイズ方法を通じて、あなたもVerilogでの時刻表示をマスターする手助けとなるでしょう。

●Verilogとは

Verilogは、1980年代初頭にGateway Design Automation社によって開発された、デジタルシステムの設計と検証を目的としたハードウェア記述言語です。

ASICやFPGAなどの電子デバイスの設計に用いられ、シミュレーションや合成、タイミング解析などが可能です。

C言語と同じようにブロック構造を持ち、手続き型の記述も可能なため、プログラミング言語としての性質も兼ね備えています。

●Verilogで現在時刻を表示する基本

Verilogでは、組み込み関数の$timeや$realtimeを使って現在時刻を取得できます。

これらはシミュレーションの時間を表すもので、現実世界の時間を直接取得する機能はありません。

しかし、現実世界の時間を表示するためには、外部のリアルタイムクロック（RTC）モジュールと接続する等の工夫が必要となります。

●Verilogで現在時刻を表示するサンプルコード

それでは具体的なコードを見ていきましょう。

Verilogで時間を表示する基本的なコードを5つ紹介します。

○サンプルコード1：基本的な時間表示

下記のコードでは、$timeを用いてシミュレーションの現在時刻を取得し、表示しています。

この例では、シミュレーションの開始からの経過時間を表示しています。

module top;
  initial begin
    #10;  // 10ns経過
    $display("現在時刻: %d", $time);
  end
endmodule

これを実行すると、結果は”現在時刻: 10″と表示されます。

$time関数は、シミュレーションの開始からの経過時間（単位はデフォルトでns）を返すため、#10として10ns待機した後に$time関数を呼び出すと、結果は10となります。

○サンプルコード2：フォーマットを変更して時間を表示

次に、$timeformatを用いて時間の表示フォーマットを変更する方法を見ていきます。

この例では、$timeformatを使って時間の単位を変更し、シミュレーションの開始からの経過時間をµs単位で表示しています。

module top;
  initial begin
    $timeformat(-6, 1, "us", 0);  // 時間の単位をusに設定
    #10;  // 10ns経過
    $display("現在時刻: %t", $time);
  end
endmodule

これを実行すると、結果は”現在時刻: 0.01us”と表示されます。

$timeformatを用いることで、$timeや$realtimeの出力形式を制御することができます。

○サンプルコード3：現在の秒数を表示

次に、シミュレーションの開始からの経過時間を秒単位で表示する方法を見ていきます。

この例では、$realtimeを使って時間を取得し、秒単位で表示しています。

module top;
  initial begin
    $timeformat(-9, 1, "s", 0);  // 時間の単位をsに設定
    #10_000_000;  // 10s経過
    $display("現在時刻: %t", $realtime);
  end
endmodule

これを実行すると、結果は”現在時刻: 10.0s”と表示されます。

$realtimeは、$timeと同じくシミュレーションの開始からの経過時間を取得しますが、出力が実数型となるため、より精密な時間表示が可能となります。

○サンプルコード4：現在の日時を表示

次に、現実世界の日時を表示する方法を見ていきます。

Verilog自体には現実世界の時間を取得する機能はありませんが、システム関数を利用して現実世界の日時を表示する方法があります。

この例では、システムコマンドを呼び出して現在の日時を取得し、表示しています。

ただし、このコードはシミュレーション環境によっては動作しないことがあります。

module top;
  initial begin
    $display($system("date"));
  end
endmodule

これを実行すると、結果はシステムの現在日時が表示されます。

$system関数は、指定したシステムコマンドを実行する関数で、この例ではUnix系OSのdateコマンドを実行しています。

○サンプルコード5：リアルタイムクロックを使った時間表示

最後に、外部のリアルタイムクロック（RTC）モジュールと接続して現実世界の時間を表示する例を見ていきます。

ただし、このコードは具体的なハードウェアに依存するため、実際のコードは使用するRTCモジュールに応じて変わります。

module top;
  wire [7:0] sec, min, hour;
  // RTCモジュールから時間を取得
  // rtc_module rtc(.sec(sec), .min(min), .hour(hour));

  initial begin
    // $display("現在時刻: %02d:%02d:%02d", hour, min, sec);
  end
endmodule

これを実行すると、結果はRTCモジュールから取得した現在時刻が表示されます。

ただし、このコードは実際には動作せず、RTCモジュールの接続や時間の取得方法は使用するモジュールによって異なりますので注意が必要です。

●注意点と対処法

Verilogで時間を扱う際の注意点として、先述の通りVerilog自体は現実世界の時間を直接取得する機能を持っていません。

そのため、シミュレーションの時間と現実世界の時間は一致しないことがほとんどで、これが混乱を招くことがあります。

その対処法としては、必要に応じて外部のRTCモジュールと接続するか、システムコマンドを用いる方法があります。

また、Verilogで現在時刻を表示する際には、時間の単位を意識することが重要です。

$timeや$realtimeの出力は、$timeformatによって制御されます。

$timeformatが設定されていない場合、時間の単位はns（ナノ秒）となります。

時間の単位を変更する場合は、$timeformatを適切に設定する必要があります。

●カスタマイズ方法

Verilogで時間を表示する方法は多岐にわたります。

例えば、時間の表示フォーマットを変更したり、特定のイベントが発生した時点の時間を表示したりと、用途に応じてカスタマイズすることが可能です。

以下に、特定のイベントが発生した時点の時間を表示するサンプルコードを表します。

この例では、外部からの信号eventが立ち上がった瞬間の時間を表示しています。

module top;
  input event;

  always @(posedge event) begin
    $display("イベント発生時刻: %d", $time);
  end
endmodule

これを実行すると、event信号が立ち上がった時点の時間が表示されます。

このように、Verilogではイベント駆動型の記述が可能で、様々な用途に応じて時間の表示方法をカスタマイズすることができます。

まとめ

この記事では、Verilogを使って現在時刻を表示する方法について詳しく解説しました。

具体的なサンプルコードとその使い方、注意点、カスタマイズ方法を通じて、あなたもVerilogでの時刻表示をマスターできたでしょうか。

Verilogで現在時刻を表示する方法は多岐にわたり、用途に応じてカスタマイズすることが可能です。

この知識を基に、あなたのプロジェクトに役立ててください。