1. 前言
如果你只是想检查Verilog文件的语法是否有错误，然后进行一些基本的时序仿真，那么Icarus Verilog 就是一个不错的选择。相比于各大FPGA厂商的ide几个G的大小，Icarus Verilog 显得极其小巧，最新版安装包大小仅有17MB，支持全平台：windows+linux+Macos，并且源代码开源。本文将介绍如何使用Icarus Verilog来进行verilog文件的编译和仿真。
2. 关于 Icarus Verilog
Icarus Verilog是一个轻量、免费、开源的Verilog编译器，基于c++实现，开发者是 Stephen Williams ，遵循 gnu GPL license 许可证，安装文件中已经包含 GTKWave支持Verilog/VHDL文件的编译和仿真，命令行操作方式，类似gcc编译器，通过testbench文件可以生成对应的仿真波形数据文件，通过自带的GTKWave可以查看仿真波形图，支持将Verilog转换为VHDL文件。
3. iverilog的安装
iverilog安装时，默认会把GTKWave一起安装，用于查看生成的波形图。
iverilog支持Windows、Linux和macos三大主流平台，截止2019年12月1日，最新版本v11-20190809下载：
http://bleyer.org/icarus/iverilog-v11-20190809-x64_setup.exe
3.1 Windows下的安装
Windows下直接双击上面下载的安装文件即可，安装完成后安装目录如下：
3.2 Linux下的安装
Linux下的安装，以ubuntu 16.04为例，可以通过apt-get直接安装。
安装iverilog： sudo apt-getinstall iverilog安装GTKWave： sudo apt-getinstall gtkwave
不能成功安装的，尝试更换镜像地址，我使用的是网易的开源镜像地址。
3.3 MacOS下的安装
Mac下的安装可以通过 macports 或者 homebrew 来安装，
通过 Macports 安装：
安装iverilog： sudo ports-d-v install iverilog安装GTKWave： sudo ports-d-v install gtkwave
通过 homebrew 安装：
安装iverilog： brew install icarus-verilog安装GTKWave： brew install caskroom/cask/gtkwave3.4 查看是否安装成功
安装成功后，可以通过命令窗口来查看命令所在的路径。
Windows环境可以通过where命令查看安装路径
代码语言：JavaScript代码运行次数：0运行复制
where iverilogwhere vvpwhere gtkwave
Linux环境可以通过which命令查看安装路径
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
which iverilogwhich vvpwhich gtkwave
4. 基本参数介绍
Icarus Verilog编译器主要包含3个工具：
iverilog：用于编译verilog和vhdl文件，进行语法检查，生成可执行文件vvp：根据可执行文件，生成仿真波形文件gtkwave：用于打开仿真波形文件，图形化显示波形
在终端输入 iverilog回车，可以看到常用参数使用方法的简单介绍：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
$ iverilogD:iverilogbiniverilog.exe: no source files.Usage: iverilog [-EiSuvV] [-B base] [-c cmdfile|-f cmdfile][-g1995|-g2001|-g2005|-g2005-sv|-g2009|-g2012] [-g<feature>][-D macro[=defn]] [-I includedir][-M [mode=]depfile] [-m module][-N file] [-o filename] [-p flag=value][-s topmodule] [-t target] [-T min|typ|max][-W class] [-y dir] [-Y suf] [-l file] source_file(s)See the man page for details.
下面来详细介绍几个常用参数的使用方法。
4.1 参数-o
这是比较常用的一个参数了，和GCC中-o的使用几乎一样，用于指定生成文件的名称。如果不指定，默认生成文件名为a.out。如：iverilog-o test test.v
4.2 参数-y
用于指定包含文件夹，如果top.v中调用了其他的的.v模块，top.v直接编译会提示
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
led_demo_tb.v:38: error: Unknownmodule type: led_demo2 error(s) during elaboration.*** These modules were missing: led_demo referenced 1 times.***
找不到调用的模块，那么就需要指定调用模块所在文件夹的路径，支持相对路径和绝对路径。
如：iverilog-y D:/test/demo led_demo_tb.v
如果是同一目录下：iverilog-y./led_demo_tb.v，另外，iverilog还支持Xilinx、Altera、Lattice等FPGA厂商的仿真库，需要在编译时通过-y参数指定库文件的路径，详细的使用方法可以查看官方用户指南：
https://iverilog.fandom.com/wiki/User_Guide
4.3 参数-I
如果程序使用`include语句包含了头文件路径，可以通过-i参数指定文件路径，使用方法和-y参数一样。
如：iverilog-I D:/test/demo led_demo_tb.v
4.4 参数-tvhdl
iverilog还支持把verilog文件转换为VHDL文件，如 iverilog-tvhdl-o out_file.vhd in_file.v
5. Verilog的编译仿真实际应用
新建led_demo.v源文件，内容如下：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
module led_demo( input clk, input rst_n, output reg led);reg [7:0] cnt;always @ (posedge clk)beginif(!rst_n) cnt <= 0;elseif(cnt >= 10) cnt <= 0;else cnt <= cnt + 1;endalways @ (posedge clk)beginif(!rst_n) led <= 0;elseif(cnt == 10) led <= !led;endendmodule
功能非常简单，每10个时钟周期，led翻转一次。
仿真testbench文件leddemotb.v，内容如下：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
`timescale 1ns/100psmodule led_demo_tb;parameter SYSCLK_PERIOD = 10;reg SYSCLK;reg NSYSRESET;initialbegin SYSCLK = 1'b0; NSYSRESET = 1'b0;end/*iverilog */initialbegin $dumpfile("wave.vcd"); //生成的vcd文件名称 $dumpvars(0, led_demo_tb); //tb模块名称end/*iverilog */initialbegin #(SYSCLK_PERIOD * 10 ) NSYSRESET = 1'b1; #1000 $stop;endalways @(SYSCLK) #(SYSCLK_PERIOD / 2.0) SYSCLK <= !SYSCLK;led_demo led_demo_ut0 ( // Inputs .rst_n(NSYSRESET), .clk(SYSCLK), // Outputs .led( led));endmodule
注意testbench文件中有几行iverilog编译器专用的语句，如果不加的话后面不能生成vcd文件。
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
initialbegin $dumpfile("wave.vcd"); //生成的vcd文件名称 $dumpvars(0, led_demo_tb); //tb模块名称end
5.1 编译
通过 iverilog-o wave led_demo_tb.v led_demo.v命令，对源文件和仿真文件，进行语法规则检查和编译。由于本示例比较简单，只有1个文件，如果调用了多个.v的模块，可以通过前面介绍的-y参数指定源文件的路径，否则编译报错。如果源文件都在同同一个目录，可以直接通过 ./绝对路径的方式来指定。
例如，leddemotb.v中调用了led_demo.v模块，就可以直接使用 iverilog-o wave-y./top.v top_tb.v来进行编译。
如果编译成功，会在当前目录下生成名称为wave的文件。
5.2 生成波形文件
使用 vvp-n wave-lxt2命令生成vcd波形文件，运行之后，会在当前目录下生成.vcd文件。
如果没有生成，需要检查testbench文件中是否添加了如下几行：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
initialbegin $dumpfile("wave.vcd"); //生成的vcd文件名称 $dumpvars(0, led_demo_tb); //tb模块名称end
5.3 打开波形文件
使用命令 gtkwave wave.vcd，可以在图形化界面中查看仿真的波形图。
6. Verilog转换为VHDL
虽然VHDL和Verilog都诞生于20世纪80年代，而且都属于硬件描述语言（HDL），但是二者的语法特性却不一样。Icarus Verilog 还有一个小功能就是支持把使用Verilog语言编写的.v文件转换为VHDL语言的.vhd文件。
如把leddemo.v文件转换为VHDL文件leddemo.vhd，使用命令 iverilog-tvhdl-o led_demo.vhd led_demo.v。
生成的VHDL文件内容如下：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
-- This VHDL was converted fromVerilogusing the-- IcarusVerilog VHDL CodeGenerator11.0(devel) (s20150603-612-ga9388a89)library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.numeric_std.all;-- GeneratedfromVerilogmodule led_demo (led_demo.v:1)entity led_demo is port ( clk : in std_logic; led : out std_logic; rst_n : in std_logic);end entity;-- GeneratedfromVerilogmodule led_demo (led_demo.v:1)architecture from_verilog of led_demo is signal led_Reg : std_logic; signal cnt : unsigned(7 downto 0); -- Declared at led_demo.v:8begin led <= led_Reg;-- Generatedfrom always process in led_demo (led_demo.v:10) process (clk) isbeginif rising_edge(clk) thenif(not rst_n) = '1'then cnt <= X"00";elseifResize(cnt, 32) >= X"0000000a"then cnt <= X"00";else cnt <= cnt + X"01";endif;endif;endif;end process;-- Generatedfrom always process in led_demo (led_demo.v:20) process (clk) isbeginif rising_edge(clk) thenif(not rst_n) = '1'then led_Reg <= '0';elseifResize(cnt, 32) = X"0000000a"then led_Reg <= not led_Reg;endif;endif;endif;end process;end architecture;
7. VHDL文件的编译和仿真
如果你还和编译Verilog一样，使用 iverilog led_dmeo.v来编译VHDL文件的话，那么会提示有语法错误，这是正常的，因为Verilog和VHDL是不同的语法规则，不能使用Verilog的标准来检查VHDL文件的语法。需要添加 -g2012参数来对VHDL文件进行编译，如 iverilog-g2012 led_demo.vhd，和Verilog一样，同样也支持Testbech文件的编译和仿真，当然需要编写对应的VHDL Testbench文件。
8. 批处理文件一键执行
通过批处理文件，可以简化编译仿真的执行过程，直接一键执行编译和仿真。
新建文本文档，输入以下内容：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
echo "开始编译"iverilog -o wave led_demo.v led_demo_tb.vecho "编译完成"vvp -n wave -lxt2echo "生成波形文件"cp wave.vcd wave.lxtecho "打开波形文件"gtkwave wave.lxt
文件扩展名需要更改，Windows系统保存为.bat文件，Linux系统保存为.sh文件。Windows直接双击运行，Linux在终端执行。
9. 总结
从20040706版本，到现在的最新版本20190809，作者还在继续更新，有兴趣的朋友可以研究一下源代码是如何实现语法规则检查的，或者可以尝试编译源码，获得最新的版本。当然，和FPGA厂商的IDE相比，功能还是非常有限，GTKWave界面也比较简陋，如不支持宽度测量等，主要是小巧+全平台支持，可以配合IDE来使用。这个工具还支持主流FPGA厂商的IP核仿真，如Xilinx和Lattice，详细的使用方法可以参考官方使用指南。
10. 参考资料
文章部分内容参考自Icarus Verilog官方网站。
iverilog官网：http://iverilog.icarus.com/iverilog下载：http://bleyer.org/icarus/iverilog用户指南：https://iverilog.fandom.com/wiki/User_Guidegithub开源地址：https://github.com/steveicarus/iverilogGTKWave下载(iverilog已经包含)：http://gtkwave.sourceforge.net/
