Python 简单硬件仿真（扩展）

最新推荐文章于 2025-03-09 15:06:26 发布

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文章标签： python 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_59236860/article/details/125705505

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本文延续上一篇关于Python硬件仿真的内容，介绍了如何扩展Module类以支持更简便的语法，并实现Testbench类用于自动化测试。通过Module类的改进，可以自动识别Input和Output注解，而Testbench类的run函数能遍历所有输入组合，生成真值表。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

介绍

在上一篇文章中，我们使用 Python 构建了一个简单的硬件仿真框架。这一篇文章中，会基于它，构建更加便捷的仿真框架。

目标：实现这样的语法：

from hardware_sim_simpleS import *  # 为了表示不同，在模块名结尾加上 S


class Xor(Module):
    a: Input  # 表示 a 是一个输入，位宽是 1
    b: Input
    out: Output  # 表示 out 是一个输出，位宽是 1

    def build(self):
        ...  # 与上次相同


class XorTest(Testbench[Xor]):  # 测试类的基类是 Testbench，带 [] 可以自动生成测试
    pass


if __name__ == '__main__':
    XorTest.run()

产生输出是 Markdown 格式的真值表（而且格式化过）：

| a   | b   | out |
|-----|-----|-----|
| 0   | 0   | 0   |
| 0   | 1   | 1   |
| 1   | 0   | 1   |
| 1   | 1   | 0   |

实现

Module 类

首先实现 Module 类。只需继承自上一篇文章中的 Module 类，并实现 __init_subclass__ 方法就可以了。

上一篇文章的 Module 类需要 inputs 和 outputs 类变量。__init_subclass__ 需要找到类中的 Input 和 Output 类型注解，并转换成 inputs 和 outputs。 Input 和 Output 两个类可以什么都不做。只用来标注输入和输出。

获取类的类型注解和函数一样，使用 .__annotations__ 属性访问。

可以写出：

from typing import Generic, TypeVar

from hardware_sim_simple import Module as _Module, Wire, Nand, all_wires

size = TypeVar('size')


class Module(_Module):
    def build(self):
        raise NotImplementedError

    def __init_subclass__(cls, **kwargs):
        inputs = []
        outputs = []

        for attr, t in cls.__annotations__.items():
            if t is Input:
                inputs.append((attr, 1))
            elif t is Output:
                outputs

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