system_verilog display format

1. 简介

$display 和 $write的区别:
- $display系的系统函数：会在输出的末尾自动添加换行符(newline character);
- $write系的系统函数：光标会停留在输出的末尾，不会自动换行。
$display 和 $write相同之处:
- 按照参数列表的顺序输出参数；
- 参数可以是引号内的字符串(quoted string literal)，表达式(expression) 和数值(value)；
- 未指定输出格式的 string 和未压缩的 byte 数据类型，将按照字符串类型输出；
- 其他未指定输出格式的数据类类型是非法的。
未指定 转义字符 输出特殊字符和特殊格式时，$dispaly 和 $write 的输出类型默认为 string。

2. 转义字符（Escape sequences）

转义字符可以分为以下三类：

’ \ ’ 表示其后跟随：文字或者不可打印字符(Literal or Nonprintable Character);
’ % ’ 表示其后跟随：格式规范，为后续参数指定格式(Format Specification);
’ %% ’ 表示其后跟随：%字符 (percent sign character).

2.1 转义字符 ‘\’

Escaped Sequence	Character Produced by Escaped Sequence
\n	newline character -> 换行符
\t	tab character -> 制表符
\\	\ character -> 反斜杠
\"	“ character -> 引号
\v	vertical tab -> 纵向制表符
\f	form feed -> 换页符
\a	Bell -> 响铃
%%	% character -> 百分号
\ddd	(1)三位八进制指定的字符，0 ≤ d ≤ 7； (2)字符少于3位，输出非八进制数字； (3)大于\377出错；
\xdd	两位十六进制数字指定的字符，0 ≤ d ≤ F

注意： system_verilog中仅包含以上几种类型的转义字符(IEEE Std 1800^TM-2017)，未出现于上表中的其他类型将输出原来字符。如转义字符’ \b ‘的输出结果为‘ b ’。这与 c 语言中不同， c 语言中的 ‘ \b ’为退格，而SV中为字符’ b '.

转义字符 >> 输出示例：

2.2 格式说明符 ‘%’

2.2.1 整型数据格式

Argument	Description
%h or %H	hexadecimal -> 十六进制
%d or %D	decimal -> 十进制
%o or %O	octal -> 八进制
%b or %B	binary->二进制
%c or %C	ASCII -> ASCII码
%l or %L	Library binding information -> 库索引
%t or %T	time->时间
%u or %U	unformatted 2 value data ->二值类型
%z or %Z	unformatted 4 value data ->四值类型
%v or %V	net signal strength -> 线网型信号强度
%m or %M	hierarchical name -> 层次名
%p or %P	assignment pattern ->
%s or %S	string -> 字符串

‘%h’ ~ ‘%z’ 将整形数据显示为对应格式，应用比较常见，此处不再赘述；
‘%l’ 可以显示既定module的library信息，如果某module例化自library0，例化名称为module1，那么最终的打印信息格式为“ library0.module1 ” ；
‘%t’ 根据不同module的时间精度（precision）和时间单元（unit）显示的格式可能不同；
‘%u’ ‘%z’ 常用于$fwrite函数，用于向文件写入数据；其中%u不区分’x’和’z’数据，并将其映射为’0’；%z严格区分x和’z’数据，将其分别映射为’x’，‘z’。

2.2.2 实数显示格式

Argument	Description
%e or %E	exponential -> 指数型
%f or %F	decimal ->十进制
%g or %G	exponential or decimal (shorter one)

数字类型 >> 输出示例：

2.3 数据显示尺寸

对表达式参数而言，写入输出文件的尺寸是自动调整的。例如：12 bit的数据在以 ‘hex’ 格式输出的时候自动调整为3个字符长度，以 ‘decimal’ 格式输出的时候，自动调整为4个字符长度，因为参数输出的最大值为FFF（hexadecimal）和4095（decimal）。
默认设置：以十进制显示的数据格式，参数首部的 ‘0’（leading zeros）会被自动替换成空格（space）；对其他格式而言，leading zeros 正常显示；ps：如上图第一行打印信息。
可以在%和字母之间插入域宽(field width)，改写显示的格式。注意：域宽只能是非负十进制整型常亮（non-negative decimal integer constant) ;
- field width == 0 ：以最小位宽显示，去除首部的空格和0；
- field width == others ：以others的值显示位宽，不去除首部的空格和0；
  - argument width < others: 向左扩展，增加位宽至others；(arguments 值靠在右侧)
  - argument width > others: 显示完整数据位宽（> others）；
  - decimal & string 向左扩展时，补空格 ’ '(space)，其他格式，补充 ‘0’.

数字尺寸 >> 输出示例：

2.4 ‘x’ & ‘z’ 态数据显示

十进制 显示规则 (decimal specification)
- 全部 bits 为 ‘x’ 态 : 单个小写 ‘x’ (single lowercase x);
- 全部 bits 为 ‘z’ 态：单个小写 ‘z’ (single lowercase z);
- 部分 bits 为 ‘x’ 态：单个大写 ‘X’ (single uppercase X);
- 部分 bits 为 ‘z’ 态：单个大写 ‘Z’ (single uppercase Z);
- 部分 bits 为 ‘x’ 态 & 部分 bits 为 ‘z’ 态：单个大写 ‘X’ (single uppercase X); (x takes precedence over z)
十六进制/八进制 显示规则 (hexadecimal/octal specification)
- 每 4 bits 为一组，映射 hex 的一位；每 3 bits 为一组，映射 octal 的一位; (single digit)
- 某组内全部 bits 为 ‘x’ 态 : 单个小写 ‘x’ (single lowercase x);
- 某组内全部 bits 为 ‘z’ 态：单个小写 ‘z’ (single lowercase z);
- 某组内部分 bits 为 ‘x’ 态：单个大写 ‘X’ (single uppercase X);
- 某组内部分 bits 为 ‘z’ 态：单个大写 ‘Z’ (single uppercase Z);
- 某组内部分 bits 为 ‘x’ 态 & 部分 bits 为 ‘z’ 态：单个大写 ‘X’ (single uppercase X); (x takes precedence over z)
二进制 显示规则 (binary specification)
- each bit 分别显示为 ‘0’ ‘1’ ‘x’ ‘z’;

‘x’ & ‘z’ 态 >> 输出示例：

2.5 强度显示格式

%v or %V 格式定义用于显示 标量线网型数据 的强度。
标量线网型数据显示为三个字符(3-character)，前两个表示强度(strength character)，第三个代表参数当前的逻辑值(current logic character)；
逻辑字符和强度字符的可选范围如表2.5.1 和表2.5.2所示：

Table 2.5.1 Logic value of scalar nets

Arguments	Description
0	value 0 -> 逻辑0
1	value 1 -> 逻辑1
X	unknown value -> 不定值 ‘x’
Z	high-impedance -> 高阻 ‘z’
L	0 or high-impedance -> 0 或 ‘z’
H	1 or high-impedance -> 1 或 ‘z’

Table 2.5.2 Strength of scalar nets

Mnemonics	Strength name	Strength levels
Su	Supply drive	7
St	Strong drive	6
Pu	Pull drive	5
La	Large capacitor	4
We	weak drive	3
Me	Medium capacitor	2
Sm	Small capacitor	1
Hi	High-impedance	0

表2.5.2中定义了 4 种驱动强度和 3 种电荷存储强度：驱动强度与 gate output 和 continuous assignment有关；电荷存储强度用于 trireg 类型 net. (see clause 28 gate-level and switch-level modeling)

那么逻辑字符和强度字符如何配合使用呢？

对逻辑 ‘0’ 和 ‘1’ :
- 信号强度为定值时，使用助记符(mnemonic)表示强度字符；
- 信号强度为区间时，使用两位10进制数字表示强度字符范围(strength level中的等级，0~7)；
对不定值’x’ :
- 信号强度和逻辑’0’ & '1’相同时，使用助记符(mnemonic)表示强度字符；
- 信号强度和逻辑’0’ & '1’相同时，使用两位10进制数字分别表示逻辑 ‘0’ 和 ‘1’ 的强度(strength level中的等级)；
对于高阻态’z’
- 只能采用 0 等级的Hi，表示高阻 ‘z’ 态的信号强度；
对于 L 和 H：
- 只能使用助记符(mnemonic)表示信号强度；
信号强度 >> 输出示例：

2.6 层次名格式 (Hierarchical name)

%m or %M 不接受参数输入。相反，它使设计元素，子例程，命名块或标记语句的层次结构名称，该语句调用包含格式说明符的系统任务。当某模块的许多实例调用系统任务时，%m可以指示具体哪个实例调用次任务。

2.7 Assignment pattern format

％p or %P 格式说明符可用于打印聚合表达式，例如解压缩结构，数组和联合(unpacked structure,array,unions).
对于解压缩的数据结构，遍历搜索该结构并打印找到的单值数据类型(single data type)，单值类型数据的输出需要遵循以下要求：
- 枚举类型：显示枚举类型的name (其值在enum类型的有效范围内)，否则显示value；
- 字符串：显示为双引号内的字符串形式(quoted string);
- 各种句柄：显示默认格式名字，如果为空句柄显示 null；
- 其他格式：按照未定义的默认格式显示。
%0p 格式说明符使得unpacked structure,array,unions可以以更短的形式显示打印；
%p 和 %0p 也可以用于打印单值表达式，此时显示结果和上述的几种显示格式相同。

Assignment pattern format >> 输出格式：

2.8 字符串格式

％s or %S 格式说明符用于将ASCII代码以字符样式打印。
对于出现在字符串中的每个％s，相应的参数应遵循参数列表中的字符串定义。
相关参数被映射为一个8位十六进制ASCII码序列，每8位代表一个字符。
如果参数是变量，则其值是右对齐的，以便该值的最右边的位是字符串中最后一个字符的LSB。
字符串末尾不需要终止字符或值，并且永远不会打印前导零(leading zeros)。
打印字符串时，一般使用%s即可满足要求，可以打印出全部字符。

>> IEEE Standard for SystemVerilog - Unified Hardware Design, Specification and Verification Language, 1800^TM-2017
>> clause 21 Input/output system tasks and system functions

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