Verilog語言編程基礎(chǔ)

1、2HDL語言簡介語言簡介Verilog 中的模塊（中的模塊（Module）Verilog語言中常用語句語言中常用語句Verilog語言中阻塞和非阻塞賦值語言中阻塞和非阻塞賦值Verilog語言中常見的錯(cuò)誤語言中常見的錯(cuò)誤Verilog的的語言要素語言要素Verilog語言的語言的4大法寶大法寶3456Verilog語言中常用語句語言中常用語句Verilog語言中阻塞和非阻塞賦值語言中阻塞和非阻塞賦值Verilog語言中常見的錯(cuò)誤語言中常見的錯(cuò)誤Verilog的的語言要素語言要素Verilog語言的語言的4大法寶大法寶Verilog 中的模塊（中的模塊（Module）7 模塊是Verilog 的

2、基本描述單位，用于描述某個(gè)設(shè)計(jì)的功能或結(jié)構(gòu)及其與其他模塊通信的外部端口。 整個(gè)邏輯設(shè)計(jì)就是通過模塊之間的例化（instantiation）來構(gòu)成一個(gè)整體的。 邏輯設(shè)計(jì)的思想體現(xiàn)了自頂向下的設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)級的頂層模塊模塊A模塊C模塊B模塊A1模塊C2模塊C1模塊A28 要求：每個(gè)文件只包含一個(gè)模塊 。模塊名和文件名保持一致。模塊名實(shí)例名端口信號映射關(guān)系9module module_name (port_list) ; Declarations : reg, wire, parameter, input, output, inout, function, task, . . . Statements

3、 : Initial statement Always statement Module instantiation Gate instantiation UDP instantiation Continuous assignmentendmodule模塊的結(jié)構(gòu)需按上面的順序進(jìn)行，聲明區(qū)用來對信號方向、信號數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、任務(wù)、參數(shù)等進(jìn)行描述。語句區(qū)用來對功能進(jìn)行描述如：器件調(diào)用 （Module instantiation ）等。10Verilog語言中常用語句語言中常用語句Verilog語言中阻塞和非阻塞賦值語言中阻塞和非阻塞賦值Verilog語言中常見的錯(cuò)誤語言中常見的錯(cuò)誤Verilog語

4、言的語言的4大法寶大法寶Verilog的語言要素的語言要素11Verilog的語言要素的語言要素12 標(biāo)識符( identifier）用于定義模塊名、端口名、信號名等。 Verilog HDL 中的標(biāo)識符( identifier )可以是任意一組字母、數(shù)字、$符號和_(下劃線)符號的組合，但標(biāo)識符的第一個(gè)字符必須是字母或者下劃線。另外，標(biāo)識符是區(qū)分大小寫敏感的。以下是標(biāo)識符的幾個(gè)例子： Verilog HDL 定義了一系列保留字，叫做關(guān)鍵詞，附錄A 列出了語言中的所有保留字。注意只有小寫的關(guān)鍵詞才是保留字。例如，標(biāo)識符always (這是個(gè)關(guān)鍵詞)與標(biāo)識符ALWAYS(非關(guān)鍵詞)是不同的。13

5、 兩種注釋的方式： 以“/*”符號開始，“*/” 結(jié)束，在兩個(gè)符號之間的語句都是注釋語句，因此可擴(kuò)展到多行。如： /* statement1 ， statement2， . . statementn */ 以上n個(gè)語句都是注釋語句。 是以 / 開頭的語句，它表示以 / 開始到本行結(jié)束都屬于注釋語句。14 自由的書寫格式： Verilog HDL的書寫格式是自由的，即一條語句可多行書寫；一行可寫多個(gè)語句。白空（新行、制表符、空格）沒有特殊意義。 如： input A；input B；與 input A； input B； 功能是一樣的，但是這方面公司有嚴(yán)格的書寫規(guī)范。15 以$字符開始的標(biāo)識符表

6、示系統(tǒng)任務(wù)。 任務(wù)提供了一種封裝行為的機(jī)制。這種機(jī)制可在設(shè)計(jì)的不同部分被調(diào)用。任務(wù)可以返回0個(gè)或多個(gè)值。 函數(shù)在0時(shí)刻執(zhí)行，即不允許延遲。 $d i s p l a y (Hi, you have reached LT today); /* $d i s p l a y 系統(tǒng)任務(wù)在新的一行中顯示。* / $t i m e / /該系統(tǒng)任務(wù)返回當(dāng)前的模擬時(shí)間。16 以（反引號）開始的某些標(biāo)識符是編譯器指令。 在Verilog 語言編譯時(shí)，特定的編譯器指令在整個(gè)編譯過程中有效（編譯過程可跨越多個(gè)文件），直到遇到其它的不同編譯程序指令。 完整的標(biāo)準(zhǔn)編譯器指令如下: define, undef ifd

7、ef, else, endif default_nettype include resetall timescale unconnected_drive, nounconnected_drive celldefine, endcelldefine17 四種基本的值類型： 0：邏輯0或“假”； 1：邏輯1或“真”； X：未知值； Z：高阻。注意這四種值的解釋都內(nèi)置于語言中。如一個(gè)為z 的值總是意味著高阻抗，一個(gè)為0 的值通常是指邏輯0 。18 兩種數(shù)據(jù)類型:線網(wǎng)類型(net type) 和 寄存器類型（reg type）。 線網(wǎng)類型代表的是物理連接線，因此它不存貯邏輯值。必須由器件所驅(qū)動(dòng)。ass

8、ign賦值語句必須用線網(wǎng)類型。 定義：wire a; assign A = B C； 當(dāng)一個(gè)wire 類型的信號沒有被驅(qū)動(dòng)時(shí)，缺省值為Z（高阻）。 信號沒有定義數(shù)據(jù)類型時(shí)，缺省為 wire 類型。 寄存器類型通常用于對存儲(chǔ)單元的描述，如D型觸發(fā)器、ROM等。存儲(chǔ)器類型的信號當(dāng)在某種觸發(fā)機(jī)制下分配了一個(gè)值，在分配下一個(gè)值之時(shí)保留原值。但必須注意的是，reg 類型的變量，不一定是存儲(chǔ)單元。 注意在always,initial 語句中必須用reg 類型的變量。定義： reg msb: lsb reg1, reg2, . . . r e g N;19 參數(shù)是一個(gè)常量。參數(shù)經(jīng)常用于定義時(shí)延和變量的寬度。

9、使用參數(shù)說明的參數(shù)只被賦值一次。參數(shù)說明形式如下： 下面為具體實(shí)例： p a r a m e t e r L I N E L E N G T H = 132； p a r a m e t e r A L L _ X _ S = 16bx;20 三種常量：整型、實(shí)型、字符串型。 整型數(shù)可以按如下兩種方式書寫： 1) 簡單的十進(jìn)制數(shù)格式 32 十進(jìn)制數(shù)32 2) 基數(shù)格式： size base value size 定義以位計(jì)的常量的位長；base 為o 或O（表示八進(jìn)制），b 或B（表示二進(jìn)制），d 或D （表示十進(jìn)制），h 或H （表示十六進(jìn)制）之一；value 是基于base 的值的數(shù)字序列

10、。值x 和z 以及十六進(jìn)制中的a 到f 不區(qū)分大小寫。如： 3b101 1h6 字符串是雙引號內(nèi)的字符序列。字符串不能分成多行書寫。如： INTERNAL ERROR REACHEDHERE 21 算術(shù)運(yùn)算符 加法（二元運(yùn)算符）：“+”； 減法 （二元運(yùn)算符）： “-”； 乘法（二元運(yùn)算符）：“*”； 關(guān)系運(yùn)算符有：（大于）=（不小于）=（不大于）= = （邏輯相等）！= （邏輯不等）22 按位邏輯運(yùn)算符 條件運(yùn)算符 cond_expr ? expr1 : expr2 連接運(yùn)算符 連接操作：將小表達(dá)式合并形成大表達(dá)式或者說總線的操作。形式如下： expr1, expr2, . . .，expr

11、N 例如： wire 7:0 Dbus; assign Dbus 7:4 = Dbus 0, Dbus 1, Dbus2, Dbus 3 ;23Verilog語言中阻塞和非阻塞賦值語言中阻塞和非阻塞賦值Verilog語言中常見的錯(cuò)誤語言中常見的錯(cuò)誤Verilog語言的語言的4大法寶大法寶Verilog語言中常用語句語言中常用語句24 If語句25當(dāng)比較向量時(shí)，verilog將對位數(shù)小的向量做 0 擴(kuò)展以使它們的長度相匹配，它的自動(dòng)擴(kuò)展為隱式的。建議采用顯示擴(kuò)展。每一個(gè)If 都應(yīng)有一個(gè)else 和它相對應(yīng)，防止產(chǎn)生latch；if語句的嵌套時(shí)，應(yīng)注意每個(gè)If 條件的優(yōu)先級；建議采用于 if (v

12、ariable = = 1)，不要采用If (variable) ,以增強(qiáng)程序的可讀性。26 Case語句27 所有的Case 應(yīng)該有一個(gè)default case ，以免生成不必要的鎖存器。允許空語句： Default : ; 避免使用casex。28 case語句通常綜合成一級多路復(fù)用器，而if-then-else則綜合成優(yōu)先編碼的串接的多個(gè)多路復(fù)用器。 case 語句仿真要比條件賦值語句快,因?yàn)閮?yōu)先編碼器的結(jié)構(gòu)僅在信號的到達(dá)有先后時(shí)使用。 if語句有優(yōu)先級，case語句沒有。29 兩者綜合實(shí)現(xiàn)后結(jié)果：If語句 case語句3031initial waitrepeat whileforeve

13、r named eventsfork/join deassignforce/releaseprocedural assignmentsoperators : case equality and inequality = != 另外for語句雖然可以綜合，但也不建議使用32Verilog語言中阻塞和非阻塞賦值語言中阻塞和非阻塞賦值Verilog語言中常見的錯(cuò)誤語言中常見的錯(cuò)誤Verilog語言的語言的4大法寶大法寶33 Wire-數(shù)據(jù)類型：Verilog結(jié)構(gòu)化元件間的物理連線。 Reg -數(shù)據(jù)類型：寄存器類型 Assign-連續(xù)賦值語句 Always-Always語句只要條件滿足始終重復(fù)執(zhí)行Co

14、mbLogicDQQSETCL RDQQSETCL RDQQSETCL RDQQSETCL RDQQSETCL RExternalInput34 連續(xù)賦值語句的執(zhí)行是：只要右邊表達(dá)式任一個(gè)變量有變化，表達(dá)式立即被計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果立即賦給左邊信號。 連續(xù)賦值語句之間是并行語句，因此與位置順序無關(guān)。35 Verilog HDL 有兩種過程賦值語句： initial 和 always 語句，實(shí)現(xiàn)行為建模。這兩種語句之間的執(zhí)行是并行的，即語句的執(zhí)行與位置順序無關(guān)。這兩種語句通常與語句塊（begin .end）相結(jié)合，則語句塊中的執(zhí)行是按順序執(zhí)行的。 initial 語句只執(zhí)行一次，即在設(shè)計(jì)被開始模擬執(zhí)

15、行時(shí)開始（0時(shí)刻）。通常只用在對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真的測試文件中，用于對一些信號進(jìn)行初始化和產(chǎn)生特定的信號波形。 always 語句與initial 語句相反，是被重復(fù)執(zhí)行，執(zhí)行機(jī)制是通過對一個(gè)稱為敏感變量表的事件驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的36 assign、always例子：37 在assign語句中賦值的變量要定義為wire。 在always塊中被賦值的變量要定義為reg。 reg變量并不一定被綜合為寄存器。always塊也可以用來描述組合邏輯。Reg 變量wire 變量38 整個(gè)邏輯設(shè)計(jì)中的Module，以及Module中的Always語句塊、Assign語句都是并行動(dòng)作的。 因此Module中的Always

16、語句塊、 Assign語句、例化Module語句書寫位置是沒有要求的。39Verilog語言中常見的錯(cuò)誤語言中常見的錯(cuò)誤Verilog語言中阻塞和非阻塞賦值語言中阻塞和非阻塞賦值40 阻塞賦值賦值操作符是“=”的過程賦值是阻塞性過程賦值。阻塞性過程賦值在其后所有語句執(zhí)行前執(zhí)行，即在下一語句執(zhí)行前該賦值語句完成執(zhí)行。T1賦值首先發(fā)生，計(jì)算T1；接著執(zhí)行第二條語句， T2被賦值；然后執(zhí)行第三條語句， T3被賦值；依此類推。41 非阻塞賦值在非阻塞性過程賦值中，使用賦值符號“ =”。當(dāng)非阻塞性過程賦值被執(zhí)行時(shí)，計(jì)算右端表達(dá)式，右端值被賦于左端目標(biāo)，并繼續(xù)執(zhí)行下一條語句。非阻塞語句并行執(zhí)行第一條語句的

17、執(zhí)行使Clr 在第5個(gè)時(shí)間單位被賦于值1；第二條語句的執(zhí)行使Clr在第4個(gè)時(shí)間單位被賦值為0 (從0時(shí)刻開始的第4個(gè)時(shí)間單位)；最終，第3條語句的執(zhí)行使Clr在第10個(gè)時(shí)間單位被賦值為0 (從0時(shí)刻開始的第10個(gè)時(shí)間單位)。注意3條語句都是在0時(shí)刻執(zhí)行的。此時(shí)，非阻塞性賦值執(zhí)行次序變得彼此不相關(guān)。42 原則1：對時(shí)序邏輯建模時(shí)，使用非阻塞賦值。 原則2：對鎖存器建模時(shí)，使用非阻塞賦值。 原則3：用always塊對組合邏輯建模時(shí)，使用阻塞賦值。 原則4：在同一always塊中對時(shí)序邏輯和組合邏輯同時(shí)建模時(shí)，使用非阻塞賦值。 原則5：在同一always塊中，不要混合使用阻塞和非阻塞賦值。 原則6：不要用多