Macbook M1使用vscode+iverilog+gtkwave实现Verilog代码的编译与运行

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前言

最近在研究FPGA的开发，于是需要用到Verilog。但是手头上只有一台M1芯片的Macbook air，Vivado和Quatus在MacOS上似乎不太方便使用，险些陷入无尽的对于购买macbook的后悔中…

随后我在网上查找了大量的关于MacOS平台如何实现verilog的开发与编写的相关博客，都提到了使用vscode+iverilog+GTKwave实现verilog的编写、时序仿真与波形显示的解决方案。
于是想着记录一下自己在Macbook air M1芯片上实现verilog编写与仿真的过程，带大家从零开始在自己的Macbook上搭建Verilog编写环境。(有一个教程其实已经写的很详细了，可惜就是没有讲MacOS如何搭建！！给我一顿好找)
就是下面这篇~

vscode搭建Verilog环境(Windows与Linux)

一、介绍一下各个工具

1. vscode
   vscode可以看做一个具有很多拓展功能与插件的文本编辑器。在这里我们使用它来编写verilog的代码。也就是来编写.v文件
2. iverilog
   iverilog是一款轻量化的verilog编译器。编写好的verilog代码不能直接拿来跑仿真，需要对它先进行编译之后才能进行后续的仿真操作，而iverilog正是起到了这样的编译作用，配合vscode上的插件还可以实现verilog语法是否正确的检验
3. gtkwave
   gtkwave可以用来查看.vcd文件，用于显示仿真结果。
4. ctags
   ctags主要功能是，扫描指定的源文件，找出其中所包含的语法元素，在这里主要用于检索函数的定义。与vscode的一个插件搭配使用。
5. homebrew
   Homebrew 是一款Mac OS平台下的软件包管理工具，拥有安装、卸载、更新、查看、搜索等很多实用的功能。能够轻松实现各种软件包的下载安装，而不用你关心各种依赖和文件路径的情况，十分方便快捷。
   我这里使用了homebrew来在我的MacBook上安装iverilog。

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二、安装各个需要的工具

1.MacOS上的包管理工具——Homebrew的安装

参考教程：Mac M1安装homebrew步骤

• step1：安装xcode

按照上面给出的文章的步骤，先在App Store搜索并安装xcode！！(主要是为了安装相关的git等环境)

不然后面运行homebrew安装脚本的时候会出现类似下面这样的报错

安装Git后再运行此脚本，在系统弹窗中点击“安装”按钮

似乎是因为没有安装git，安装xcode之后似乎把包括git在内的很多开发需要的工具都给你的mac装上了，如果不嫌装git麻烦的话可以自行搜索一下macbook m1安装git的相关教程。如果想偷懒省事的话就直接安装xcode吧（笑）

• step2：使用安装脚本安装Homebrew
  command+空格打开Mac的搜索，搜索terminal，然后打开终端。
  在终端中输入

/bin/zsh -c "$(curl -fsSL https://gitee.com/cunkai/HomebrewCN/raw/master/Homebrew.sh)"
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随后就会打开一个安装Homebrew的脚本，按照脚本的步骤：依次执行选择下载源，按照命令输入y，输入开机密码，是否要安装homebrew-core等操作，完成homebrew的安装。
跑完安装脚本之后，按照上面给出来的教程，在终端中输入brew -v，查看homebrew的版本信息，以确认是否成功安装homebrew。一般来说会出现如下提示

Homebrew 4.0.6-15-g8e13a6e
fatal: detected dubious ownership in repository at '/opt/homebrew/Library/Taps/homebrew/homebrew-core'
To add an exception for this directory, call:

	git config --global --add safe.directory /opt/homebrew/Library/Taps/homebrew/homebrew-core
Homebrew/homebrew-core (no Git repository)
fatal: detected dubious ownership in repository at '/opt/homebrew/Library/Taps/homebrew/homebrew-cask'
To add an exception for this directory, call:

	git config --global --add safe.directory /opt/homebrew/Library/Taps/homebrew/homebrew-cask
Homebrew/homebrew-cask (no Git repository)
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此时需要按照它的提示，再在终端中输入

git config --global --add safe.directory /opt/homebrew/Library/Taps/homebrew/homebrew-core
git config --global --add safe.directory /opt/homebrew/Library/Taps/homebrew/homebrew-cask
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再次输入brew -v查看homebrew的版本，这时候应该就会显示

Homebrew 4.0.6-15-g8e13a6e
Homebrew/homebrew-core (git revision 80b527e6314; last commit 2023-03-12)
Homebrew/homebrew-cask (git revision fee2067879; last commit 2023-03-12)
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则homebrew的安装已经成功。

2.Verilog编译器——iverilog的安装

参考教程：开源verilog仿真工具iverilog+GTKWave使用教程

command+空格打开Mac的搜索，搜索terminal，然后打开终端，输入下面的指令，使用homebrew安装iverilog。

brew install icarus-verilog
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稍等片刻，你就成功安装了iverilog！

3.ctags的安装

一般来说，mac上是会带有一个ctags的，在终端中使用which -a ctags指令查找这个电脑上所有的ctags的路径，会发现

leo@leodeMacBook-Air ~ % which -a ctags
/usr/bin/ctags
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也就是说，在没有额外安装ctags的情况下，电脑是自带一个在/usr/bin/ctags路径下的ctags的。
但是不知道是因为版本不够高之类的原因，使用这个自带的ctags似乎无法配合vscode的插件实现其功能，于是我们需要使用homebrew再安装一个！

按照上面讲过的打开终端的步骤，打开终端。在终端中输入

brew install ctags
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稍等片刻，你就可以成功安装ctags了。
这时候再输入which -a ctags，你就会发现有两个路径了，例如下面

leo@leodeMacBook-Air ~ % which -a ctags
/opt/homebrew/bin/ctags
/usr/bin/ctags
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出现了两个ctags路径，则说明你新的ctags也已经安装完成了~

4.gtkwave的安装

参考教程：在M1芯片的MacBookPro上编译并运行 Verilog 代码

按照上面教程的作者的说法，他是直接在gtkwave的官网下载的unzip版本。网址在这

http://gtkwave.sourceforge.net/gtkwave.zip

似乎目前gtkwave只有intel版本，且会显示未知的作者，为了打开这个文件，在访达中找到这个文件，右键打开即可成功打开gtkwave。如果没有装过Rosetta2的话还会让你装一下Rosetta2，右键并打开后按照电脑出来的弹窗安装Rosetta2即可。

成功打开后可以看到图示的gtkwave界面

恭喜你已经成功安装gtkwave

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23年10月30日更新

今天升级到macOS 14以后软件就打不开了…
如果没有更新到macOS 14的话可以继续参照我的教程安装使用gtkwave

如果更新了的话
可以参照一下这个up主的手把手教学

MacOS14 安装iVerilog和GTKwave

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三、在vscode上安装并配置相关插件

相关参考文章：vscode搭建Verilog环境

vscode在加上插件之后是无所不能的！
在这里打开拓展商店，并可以搜索相关插件~
相关插件在图中也已经列出

1.CTags Support插件

作为ctags到vscode的桥梁，将两者联系起来，使得vscode中的其他插件能够自动调用ctags相关功能。

需要进行如下配置，打开图中的齿轮，打开拓展设置。

把框里的参数改成图示的

好像这个一开始就是.tags，不太用改

2.Verilog Highlight插件

用于实现Verilog代码中的相关代码高亮

下载了就行，不用配置

3.Verilog-HDL/SystemVerilog/Bluespec SystemVerilog插件

神中神，关键中的关键，vscode上能编写verilog代码的大功臣，有了它以后，你就可以在vscode上编写verilog代码，结合iverilog还可以实现代码语句的检查。

配置相关参数

打开设置界面

• Ctags的路径设置

点进此插件的设置，在其第一栏的框中填入我们刚刚使用homebrew安装的ctags的路径(mac可用which -a ctags指令查找获得)
注意：这里需要填入的是homebrew安装的那个ctags的路径，在/usr/bin/ctags路径下的那个ctags可能是因为版本不够，无法成功实现对应功能。

• Linter：编译器设置

在点开的设置界面中，搜索linter，找到图示的这两个选项框
在Arguments里填入-i
Linter处选中iverilog

这样，你就拥有了iverilog检查语法错误的功能了！

特别注意：linter工具只会在保存（CTRL+S）之后进行语法检查，因此，在编写源码的过程中没有红色波浪线提示，是正常的。

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四、使用搭建好的平台进行verilog的编写与仿真

1.使用vscode进行verilog代码编写与代码错误检查

打开一个项目文件夹

创建一个.v文件，用于编写verilog程序

这里我建了一个叫做led_test.v的文件。我在文件中故意写错一部分，用于验证是否有语句检查的功能。
写完之后，按住CTRL+S进行保存，随后才会进行语法检查！！！
出现图示效果，成功报错！

改正之后，再按CTRL+S进行保存与语法检查，没有报错

说明语法检查功能可以正常运行~
附上正确的led_test.v文件的代码

module led_test(a,b,key_in,led_out);
input a;
input b;

input key_in;

output led_out;

assign led_out = (key_in==0) ? a:b;
endmodule

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2.使用iverilog+gtkwave进行仿真

参考链接：
IVerilog+GTKwave+VS Code仿真及执行命令
mac的open命令［快速打开程序的利器］
开源verilog仿真工具iverilog+GTKWave使用教程

针对led_test.v编写一个对应的Testbench仿真程序led_test_tb.v

`timescale 1ns/1ps

module led_test_tb;
    reg signal_a;
    reg signal_b;
    reg signal_c;
    
    wire led;
    led_test led_test_0(
        .a(signal_a),
        .b(signal_b),
        .key_in(signal_c),
        .led_out(led)
    );
    initial begin
        signal_a=0;signal_b=0;signal_c=0;
        #100;
        signal_a=0;signal_b=0;signal_c=1;
        #100;
        signal_a=0;signal_b=1;signal_c=0;
        #100;
        signal_a=0;signal_b=1;signal_c=1;
        #100;
        signal_a=1;signal_b=0;signal_c=0;
        #100;
        signal_a=1;signal_b=0;signal_c=1;
        #100;
        signal_a=1;signal_b=1;signal_c=0;
        #100;
        signal_a=1;signal_b=1;signal_c=1;
        #100;
    end

initial
begin
    $dumpfile("led_test.vcd");
    $dumpvars(0, led_test_tb);
end

endmodule

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注意：

这里的

initial
begin
    $dumpfile("led_test.vcd");
    $dumpvars(0, led_test_tb);
end
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是一定要在原有编写好的testbench基础上，加上去的。
这是iverilog编译器专用的语句，如果不加的话后面不能生成vcd文件。
当然$dumpfile("xxxx.vcd")可以你自己命名，但是$dumpvars(0, led_test_tb);里面的函数名字（这里是led_test_tb）必须与你的testbench函数名保持一致。

随后使用control+ `在vscode中打开终端
在终端中输入iverilog -o wave led_test.v led_test_tb.v 使用iverilog将两个联合编译成一个命名为wave的文件。

可以看到，在文件栏中，出现了一个叫做wave的文件(这个名字也可以你自己定义~)

随后输入vvp -n wave -lxt2，使用vvp工具在wave文件的基础上生成波形文件。(你vvp的文件需要是你上面编译生成的那个文件)

可以看到，生成了我们前面在led_test_tb.v文件里面命名的test.vcd文件。

然后就可以用安装的gtkwave软件，打开这个test.vcd文件，显示出波形。
使用指令open -a gtkwave test.vcd，即：用gtkwave软件，打开test.vcd文件。

参考：mac的open命令［快速打开程序的利器］

随后就会出现

gtkwave的界面！

为了让信号能显示出来，需要双击对应的信号，将其添加入框中。

然后信号被添加后，有图示情况~

最后再点击下面这个按钮，把画面缩放到合适比例，即可看到仿真波形！

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23年10月31日更新

如果你升级到了macOS14，可能会发现上面方法安装的gtkwave软件无法打开波形文件，主要是因为这个版本的软件无法在macOS14上运行，可参照b站这位up主的视频完成gtkwave的安装（如果没升级到macOS14，可直接使用上面安装的gtkwave打开波形）

MacOS14 安装iVerilog和GTKwave

由于按照我们之前的步骤你已经把iverilog装好了，只用按照他的步骤把gtkwave装了就行。视频里还有指导安装yosys的步骤，但是我装不装yosys好像也没啥区别，所以可以只按照他的教程，把gtkwave装上就行。

装完了之后，编译指令与上面一样，但是vvp以及展示波形的指令也与上面不同了~

编译指令：iverilog -o wave led_test.v led_test_tb.v，与之前一样

vvp ： vvp -n wave

gtkwave打开生成的波形文件：gtkwave ./test.vcd

指令的使用与意义，可以参照下面这篇文章

IVerilog+GTKwave+VS Code仿真及执行命令

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总结

恭喜你！经过上面的步骤，你成功在你的Macbook m1上搭建了基于vscode+iverilog+gtkwave的Verilog仿真平台，如果说还想再加一些别的拓展功能，比如说自动生成testbench，格式化等等，可以去翻阅一些别的相关博客，能编写verilog和简单仿真我已经满足了。macbook还是用来充当文本编辑终端罢！（暴论）
新人创作，有问题还请大家多多指正~感谢大家！

可参考相关文章：
VScode搭建Verilog源码开发环境记录
VSCode配置verilog环境(代码提示+自动例化+格式化)