队伍编号：CICC1233，队伍名称：迪巴哥

前言

之前我发过一个视频，演示的是蜂鸟E203在windows系统上以全图形界面软件开发与逻辑仿真的流程，使用helloworld例程在vivado上仿真。
全图形界面ncleistudi+vivado联合仿真视频
当时这个视频发出来，我还是对一个东西抱有疑问：
为什么c语言中的printf可以把信息输出到逻辑仿真的终端？是如何实现？
经过一段时间的研究，以及论坛上大佬的指点，终于搞懂了整套流程，现在我在这里分享给大家。

实现原理

在仿真的终端打印信息，是需要软件部分和RTL设计相互配合的。

软件层面

c语言里，printf函数可以说是人尽皆知。在pc端，由于操作系统提供了标准输出界面，因此pirntf可以直接输出信息。而在嵌入式领域，想要实现printf需要做一点工作。
以蜂鸟e203为例，它没有显示器，没有标准终端，想要实现printf最常见的方式是通过串口打印信息。但是，怎么让编译器知道知道printf应该用串口呢？
(1) 初始化
如果想要使用串口，那么首先需要对串口进行初始化，这一步在系统上电初始化的过程中完成了。参考代码：
./hbird_sdk/SoC/hbirdv2/Common/Source/system_hbirdv2.c
其中467-469行代码为：

#if ! defined(SIMULATION_SPIKE) && ! defined(SIMULATION_XLSPIKE)
    gpio_iof_config(GPIOA, IOF_UART_MASK);
    uart_init(SOC_DEBUG_UART, 115200);

SOC_DEBUG_UART是一个宏定义，表示UART0
这两行程序的功能显而易见，它配置了GPIO功能复用，对UART0进行了初始化。有了这两句，程序中就能使用UART0了
(2) printf重定向
./hbird_sdk/SoC/hbirdv2/Common/Source/Stubs/write.c
里面只有一个函数：

__WEAK ssize_t _write(int fd, const void* ptr, size_t len)
{
    if (!isatty(fd)) {
        return -1;
    }

    const uint8_t *writebuf = (const uint8_t *)ptr;
    for (size_t i = 0; i < len; i++) {
        if (writebuf[i] == '\n') {
            uart_write(SOC_DEBUG_UART, '\r');
        }
        uart_write(SOC_DEBUG_UART, writebuf[i]);
    }
    return len;
}

从_write()函数体可以看出，它的作用是通过UART0发送数据。_write这个函数名是有特殊意义的，它会将printf的字符输出重定向到这里，通过这个函数传递参数、输出数据。
__WEAK表示这个函数是弱定义。如果我们想通过其他方式printf，例如spi，可以在程序中再定义一个_write()函数，里面写入想要的功能，而write.c中的函数会被忽略。

至此，printf的信息将由UART0输出

RTL层面

在RTL仿真过程中，想要把信息打印到终端，就需要调用$display、$fwrite等函数，蜂鸟e203能把串口信息打印到仿真器的终端就是用$fwrite实现的。
参考uart的RTL代码：
rtl\e203\perips\apb_uart\uart_tx.v
最后几行186-189：

always @(posedge clk_i or negedge rstn_i) begin
    if ((tx_valid_i & tx_ready_o) & rstn_i)
        $fwrite(32'h80000002, "%c", tx_data_i);
end

它在uart发送信息的同时，调用了$fwrite()函数。也就是说，串口输出什么，仿真器终端就打印什么。