位宽计算的系统函数$clog2,这些是你需要知道的【Verilog高级教程】

一、写在前面

本专栏为作者在 【数字IC手撕代码】 【数字IC笔试面经分享】 【数字IC工具解析】 以外开设的第四个独立专栏，旨在学习并提供有关Verilog硬件描述语言中非基础性的高阶语法特性知识，因本身专栏的独特定位，因此作者并不会涉及基础Verilog语言如阻塞式非阻塞赋值，过程块，数据类型等内容；同时受限于作者知识有限，本专栏也不会涉及System Verilog的相关内容，若按照IEEE的相关标准来看，本专栏将会聚焦Verilog-2005，即“IEEE Std 1364™-2005”以及之前的有关内容，提供相关的IC设计领域语法特性。以下为Verilog的进阶框图，有更多学习需求的读者可以检索相关英文标准进行学习。

二、什么是$clog2

$ clog2这是一个系统函数，第一次出现于Verilog-2005版本中，在IEEE中处在17.11.1节的math functions中，因为log2是2进制的对数，所以这个系统函数在电路设计的计算位宽时体现出了自身的方便性，需要注意的是，这里的$clog2是向上取整的一个系统函数,比如

$clog2(5) 虽然真实的值为2.3，但经过向上取整后，最后的输出为3

三、$clog2的优势和案例

在老的IEEE verilog版本中，假如不用clog2去计算位宽，我们可能需要如下的function函数来进行位宽计算，这个函数本身很好理解，即通过移位去检测depth的位宽，之后我们需要再将计算得到的数字使用在端口定义的过程中。

function integer clog2(
    input           integer depth
    );
begin
    if(depth == 0)
        clog2 = 1;
    else if(depth != 0)
        for(clog2 = 0; depth > 0;clog2 = clog2 + 1)
            depth = depth >> 1;
end
endfunction

但是引入$clog2后，原function可以简化为如下的过程,很显然，通过对系统函数 $clog2的使用，我们大大减少了设计时端口宽度定义时需要code的量。

module clog2(a,b);

parameter depth = 2034;
input [$clog2(depth)-1:0] a;
output [$clog2(depth)-1:0]b;

//details about the design
endmodule

四、额外补充

在Xlinix的官网的“44586 - 13.2 Verilog $clog2 function implemented improperly”中，作者发现了13.2版本的Xlinix的ISE对clog2系统函数的错误计算，按照文章中所言：“The $clog2 function returns the ceiling of the logarithm to the base e (natural logarithm) rather than the ceiling of the logarithm to the base 2.”意味着13.2版本的ISE以e为底计算clog2，而非以2为底，官方的回复是ISE 13.2 仅支持Verilog-2001，这个问题在ISE 14.1中进行了修复，所以读者假如使用的开发套件是老版本的，或者不支持Verilog-2005，都有可能因为使用clog2产生问题，需注意。具体额外补充参考如下。
44586 - 13.2 Verilog $clog2 function implemented improperly

五、其他math functions

$clog2是我们在电路设计中相当常见的一个数学相关的系统函数，IEEE也给我们提供了其他类型的系统函数，截图如下,可以发现，这些函数包括了从对数函数、指数函数、到三角函数，反三角函数的各种类型，遇到具体工程问题，读者也可以调用这些系统函数来简化验证工作。

六、往期【Verilog】高级教程文章

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