總結verilog產生隨機數的$random和seed

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$random(seed)是verilog中最簡單的產生隨機數的系統函數。

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在調用系統函數$random(seed)時，可以寫成三種樣式：1）$random，2）$random()，3）$random(seed)。下面分別說明：

1）$random

這是最簡單的一種寫法，略去了seed這個傳入參數，$random會使用一個默認的seed（這個默認值為0？）。也正因此，每次進行仿真時，$random產生的隨機數序列都是相同的。

2）$random()

這種寫法和寫法1）的作用是相同的，同樣是沒有給$random傳入seed。

3）$random(seed)

這種寫法與上面兩種不同，給$random傳入了參數seed，因此$random根據seed來產生隨機數。seed不同，產生的隨機數的序列也不同。而且，每執行一次$random(seed)產生一個隨機數，seed也自動更新一次。

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下面討論seed的產生。

據我有限的知識，seed有兩種產生方式：4）直接賦值為一個確定數，5）利用系統函數$get_initial_random_seed獲得值。下面分別討論：

4）直接賦值

在一個initial塊中直接將seed變量寫成某值，如下面代碼：

integer seed;

reg [7:0] rand_num;

initial??begin seed = 0; end

always @(posedge clk) begin rand_num <= $random(seed); end

在上面代碼中，seed初始值被賦為0（也可以是1或其它數），在第一個時鐘上升沿，rand_num取得的第一個隨機數就是$random(0)產生的，seed也隨即更新；在第二個時鐘上升沿時，rand_num取得第二個隨機數，是$random(更新后的seed)產生的，seed又隨即更新；如此下去。

值得注意的是，如果把seed賦值為0，那么利用$random(seed)產生的隨機數序列和直接執行$random產生的隨機數序列是相同的。這個結論是我根據經驗得出的。

5）seed = $get_initial_random_seed()

如下面代碼：

integer seed;

reg [7:0] rand_num;

initial??begin seed = $get_initial_random_seed(); end

always @(posedge clk) begin rand_num <= $random(seed); end

在上面代碼中，利用系統函數得到的seed的值是1，此后seed更新后的值和$random(seed)產生的隨機數序列都和將seed直接賦值成1，利用$random(seed)產生隨機數的情況相同。這也是我根據經驗得出的結論。

我在網上沒有找到關于$get_initial_random_seed的詳細介紹。

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下面討論仿真時如何改變seed的初值：

如果seed的初值是確定的，那么不論進行多少次仿真，產生的隨機數的序列總是確定的，就不能覆蓋更多的情況。因此在仿真時，要能夠改變seed的初值。目前我所知道的改變seed的初值有兩種方法：6）修改代碼；7）采用deposit方式。下面分別介紹：

6）修改代碼

這種方式最直接，缺點是每次要修改seed時都需要重新編輯一遍代碼。

比如，第一次仿真時，代碼寫成下面的樣子：

integer seed;

reg [7:0] rand_num;

initial??begin seed = 0; end

always @(posedge clk) begin rand_num <= $random(seed); end

而第二次仿真時，想修改seed的初值，就寫成下面的樣子：

integer seed;

reg [7:0] rand_num;

initial??begin seed = 1; end

always @(posedge clk) begin rand_num <= $random(seed); end

7）采用deposit的方式

這種方式比較靈活，不必修改代碼，也不必重新編譯，直接修改輸入到仿真軟件的命令即可。

下面是最簡單的一個命令：

deposit top.seed 2

run 125ns

exit

上面命令的意思是，將信號（或變量）seed的初值設成1，然后開始仿真，仿真時間為125ns，然后結束仿真。

deposit是在仿真開始之前起作用的（如果沒有給deposit加上其它時間方面的條件），而且它只是將某個信號的初始值設為某一個數（可以是確定數，也可以是隨機數），此后便不再干預該信號的值。如果仿真開始后有別的條件或語句改變該變量的值，則該變量就變成改變后的值。

如果代碼按下面的樣子寫：

integer seed;

reg [7:0] rand_num;

initial??begin seed = 1; end

always @(posedge clk) begin rand_num <= $random(seed); end

我們來看一下，在仿真開始之前deposit將seed賦值為2，然而仿真開始后的0ns時刻，initial塊又將seed賦為1，因此相當于deposit沒有起到預期的作用。我們想要的是，seed的初值為2，$random(2)產生一個隨機數后，seed再由2變成其它的數；而不是$random(1)產生一個隨機數，然后seed又由1變成其它的數。

為了達到我們的預期目的，要把deposit命令改成下面的樣子：

deposit top.seed 2 -after 1ns

run 125ns

exit

在仿真開始的0ns時，initial塊執行，將seed設為1。加上"-after 1ns"后，deposit命令就會在仿真開始后的1ns時起作用，把seed的值改為2，然后作用于第一次$random(seed)的執行，然后seed再更新。

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綜上討論，我得出以下結論：

1. 利用$random產生隨機數時最好利用上seed參數，即寫成$random(seed)樣式。

2. 沒有必要利用$get_initial_random_seed()函數給seed賦值，直接寫成一個值即可，像4）一樣。

3. 建議用deposit的方式在仿真時改變seed的初值，使$random(seed)產生不同的隨機數序列