最近在学习Verilator背后的原理，本文对于Verilator的基本功能做了简要的叙述，并简要讲解了hello world的运行过程。也算是学习之中的一点笔记了！
更详细的内容，一定还是要看Verilator的官方User Guide啊！https://verilator.org/guide/latest/verilating.html

Verilator总体介绍

Verilator将Verilog等HDL设计转化为可执行的C++或SystemC的model。与传统的HDL仿真器不同，Verilator更像是一个编译器。

1、与GCC类似，Verilator需要用户指定编译时的各种配置参数。对于若干SV代码文件，Verilator对其进行静态检查，之后有选择地在代码中加入coverage收集或waveform tracing等instrument。最后将SV的DUT编译为一个C++或SystemC源代码级别的软件多线程模型。这个软件模型由若干.cpp .h文件组成。我们管这个编译的过程叫Verilating，管这个DUT的软件模型叫做 “A Verilated Model”

2、如果想对于DUT转化来的Verilated Model进行仿真，用户需要写少量的C++ wrapper files。在wrapper中，包含整体仿真程序的main函数入口。DUT的Verilated Model在仿真程序中是一个实例化的C++类。wrapper在这里的作用相当于为已经软件化的DUT提供一个实际的运行平台。
（如下面代码中，ibex_simple_system就是待测SoC系统经Verilating后得到的C++ 类）

3、最终，用户编写的C++ wrapper（几个手写的C++文件）、由DUT转化来的Verilated Model（一大堆自动生成的C++文件）、和由Verilator提供的若干库，一起经过编译链接，最终形成一个可执行文件。

4、运行这一可执行文件会启动实际的仿真。

5、可执行文件（仿真）结束后，会产生覆盖率分析，波形文件等数据，用户可以对此进行后续的分析。

Verilator Hello World

下面我们用Verilator提供的hello world例子来解释上面的过程。

下面就是我们的DUT。module中只有一个initial块，输出hello world之后结束仿真。

//our.v
module our;
     initial begin 
     	$display("Hello World"); 
     	$finish;
     end
 endmodule

下面是我们的wrapper.
Vour.h是由Verilator对我们的our module编译之后产生的文件。Vour也就是DUT对应的软件model。

// sim_main.cpp
  #include "Vour.h"
  #include "verilated.h"
  int main(int argc, char** argv, char** env) {
      VerilatedContext* contextp = new VerilatedContext;
      contextp->commandArgs(argc, argv);
      Vour* top = new Vour{contextp};
      while (!contextp->gotFinish()) { top->eval(); }
      delete top;
      delete contextp;
      return 0;
  }

运行如下命令，该命令执行了这些功能：对our.v执行verilating生成C++模型，将wrapper files、Vour的C++模型、以及Verilator提供的库，一起编译链接生成一个可执行文件Vour。

verilator --cc --exe --build -j 0 -Wall sim_main.cpp our.v

命令运行完会生成如下的文件。这里面的Vour是最终仿真程序的可执行文件。

运行这一可执行文件会得到如下结果。

这是因为module中只有一个initial块。在这个块中，display了一个hello word，之后就调用finish结束仿真了。（display和finish都是不可综合，但可以仿真的Verilog系统函数）。

对应到sim_main.cpp中的行为，主程序先启动一个context类，之后读取command args以配置相关环境（这里我们命令中没有更多的args）。在环境准备完成后， 实例化Vour类。
当eval()函数被调用时，Verilator会寻找时钟信号的变化，之后对相关的always块中的逻辑进行状态更新和计算。由于这里只有一个initial块，我们也没有设置时钟信号，第一次调用eval时只会执行到initial块中的内容，在display之后发出了finish信号。结束了这次eval之后，contextp->gotFinish()检测到finish信号的触发，于是终止循环。结束整个仿真程序。