第四章行為描述

第四章行為描述第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.1verilog行為描述概要4.1.1過程塊4.1.2過程語句initial與always第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.1.1過程塊

HDL由五個(gè)部分組成,主要部分是描述體部分。描述體部分由多個(gè)并行運(yùn)行的過程塊組成,而每個(gè)過程塊又由過程塊語句和塊語句所組成,塊語句則進(jìn)一步由過程賦值語句和高級(jí)程序語句構(gòu)成。第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三VerilogHDL行為描述的模塊第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三描述體部分：第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三過程語句@

（事件控制敏感表）塊語句開始標(biāo)識(shí)符：塊名塊內(nèi)局部變量說明一條或多條過程賦值或高級(jí)程序語句塊語句結(jié)束標(biāo)識(shí)符過程塊的形式：第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.1.2過程語句initial和always：

過程語句是：initial或always;事件敏感表只在always過程語句中出現(xiàn)，用于激活過程語句的執(zhí)行；塊語句標(biāo)識(shí)符分begin-end(串行塊）與fork-joint(并行塊)兩類。第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三過程語句的特點(diǎn)：1.兩者都是從0時(shí)刻執(zhí)行,initial過程語句后面的塊語句沿時(shí)間軸只執(zhí)行一次,而always則循環(huán)地重復(fù)執(zhí)行其后的塊語句。2.initial過程語句不帶觸發(fā)條件,從0時(shí)刻開始執(zhí)行它后面的塊語句;always過程語句帶有觸發(fā)條件。3.一個(gè)模塊的行為描述中可以有多個(gè)initial和always語句,代表多個(gè)過程的存在,他們之間相互獨(dú)立,并行運(yùn)行。第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例子：moduleclk_gen_demo(clock1,clock2);outputclock1,clock2;//portdeclarationregclock1,clock2;//datadeclarationinitialbeginclock1=0;clock2=1;endalwaysbegin#50clock1=~clock2;endalwaysbegin#100clock2=~clock2;endendmodule第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.2塊語句塊語句是由begin-end或fork-joint界定的一組行為描述語句。構(gòu)成塊語句的作用之一就是相當(dāng)于給這組行為描述語句進(jìn)行打包處理，使之在形式上與一條語句相一致。塊語句只能出現(xiàn)在行為描述中。第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.2.1串行塊begin-end

1.串行塊的語句按照排列次序,逐條順序執(zhí)行。每條語句的延時(shí)是相對(duì)于前一條語句結(jié)束時(shí)的時(shí)間；2.串行塊的起始時(shí)間是第一條語句開始的時(shí)間；結(jié)束時(shí)間是最后一條語句完成的時(shí)間；3.串行塊的行為描述可以理解為硬件電路在時(shí)鐘及控制信號(hào)作用下，數(shù)據(jù)沿?cái)?shù)據(jù)通道的各級(jí)寄存器之間的傳送過程。第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4-2一個(gè)包含延時(shí)的串行塊描述的例子

begin#10reg_a=reg_b;#10reg_c=reg_a;end

當(dāng)流程控制進(jìn)入串行塊后，經(jīng)10單位時(shí)間，reg_b的值賦給reg_a;再過10單位，又將reg_a的值賦給reg_c;到標(biāo)識(shí)符end，流程轉(zhuǎn)出塊外。運(yùn)行結(jié)果：reg_a和reg_c先后變成reg_b的值。從上述過程可以看到，每條語句的延時(shí)是相對(duì)于前一條語句而言的，串行塊是沿時(shí)間軸順序執(zhí)行。第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.2.2并行塊fork_join

1·并行塊中的每條語句是同時(shí)并行執(zhí)行，各條語句的執(zhí)行過程與語句在塊中的順序無關(guān)。塊中的每條語句給出的延時(shí)都是相對(duì)于該塊開始的絕對(duì)時(shí)間。

2·并行塊的起始時(shí)間是流程轉(zhuǎn)入該塊的時(shí)間，每條語句都是相對(duì)于這個(gè)時(shí)間同時(shí)開始的。塊的結(jié)束時(shí)間就是該塊中按時(shí)間排序最后執(zhí)行的一條語句結(jié)束的時(shí)間。

3·并行塊的行為描述可以理解為硬件電路上電后，各電路模塊同時(shí)開始工作的過程。第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－4一個(gè)包括延時(shí)地并行塊描述的例子

fork#10reg_a=reg_b;#10reg_c=reg_a;join

將這個(gè)并行描述與例4－2中的串行描述對(duì)照，差別是塊標(biāo)識(shí)符從原來的串行標(biāo)識(shí)符begin_end改為這里的并行標(biāo)識(shí)符fork_join。正是這一改變導(dǎo)致塊語句的執(zhí)行過程與執(zhí)行結(jié)果都發(fā)生了變化。第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三modulewave_gen_seri(wav);outputwav；regwav；eventend_wave；parameterdelay=50；initialbeginwav=0;#delaywav=1;#delaywav=0;#delaywav=1;#delaywav=0;#delay->end_wave;end例4-5.用串行塊行為描述產(chǎn)生一段周期為100時(shí)間單位。占空比為1:1的信號(hào)波形。第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4-6用并行塊描述一段周期為100時(shí)間單位、占空比為1:1的信號(hào)modulewave_gen_para(wav);outputwav;regwav;eventend_wave;initialforkwav=0;#50wav=1;#100wav=0;#150wav=1;#200wav=0;#250->end_wave;join第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4-7用于驗(yàn)證并行塊描述中語句的排序不影響語句的執(zhí)行過程的例子。modulewave_gen_para_verify(wav);outputwav;regwav;eventend_wave;initialfork#250->end_wave;#200wav=0;#150wav=1;#100wav=0;#50wav=1;wav=0;joinendmodule第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4．2．3有名塊Named-block有名塊取名方法是在塊語句開始標(biāo)識(shí)符（串行塊的begin或并行塊的fork）后面加上一個(gè)冒號(hào)，之后給出一個(gè)名字即可。去了名字的塊稱之為有名塊。第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三一、便于實(shí)現(xiàn)對(duì)塊語句執(zhí)行過程的有效控制對(duì)于多條語句構(gòu)成的塊語句，各條語句順序或并行運(yùn)行。如果需要根據(jù)過程的狀態(tài)，控制過程的是否繼續(xù)執(zhí)行下去。給塊命名后，可以通過后面要介紹的disable語句，在必要時(shí)終止（或提前結(jié)束）該有名塊語句的執(zhí)行過程。

有名塊的作用之一：第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三二、允許在塊語句內(nèi)部引入局部變量局部變量的含義類似于c語言中的相應(yīng)含義。只在該塊內(nèi)部起作用。VerilogHDL中，變量都是靜態(tài)變量（同樣請(qǐng)參考c語言的靜態(tài)變量）。給塊命名后，就可以在模擬時(shí)給屬于這一有名塊的局部變量分配內(nèi)存地址單元。即使局部變量與塊外的其他變量同名，由于塊名的標(biāo)識(shí)，模擬系統(tǒng)很容易據(jù)此加以區(qū)別。顯然，局部變量只可能是寄存器類的變量。

有名塊的作用之二：第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.3賦值語句4.3.1什么是過程賦值語句4.3.2過程賦值語句的兩種延時(shí)模式4.3.3阻塞型與非阻塞型過程賦值4.3.4連續(xù)賦值語句assign4.3.5過程連續(xù)賦值語句(assign/deassign,force/release)第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

VerilogHDL對(duì)模塊的行為描述由一個(gè)或多個(gè)并行運(yùn)行的過程塊構(gòu)成，而位于過程塊中的賦值語句稱之為過程賦值語句。過程賦值語句只能對(duì)寄存器類的量進(jìn)行賦值。

過程語句的左邊必須是寄存器類的變量（eger.real.Time).對(duì)于多位寬的寄存器變量（矢量)可以只對(duì)其中某一位或某幾位賦值。對(duì)與存儲(chǔ)器只能通過選定的地址單元,對(duì)某個(gè)字賦值;還可以將前述各類變量用連續(xù)符拼接起來，構(gòu)成一個(gè)整體作為過程賦值的左端。4.3.1什么是過程賦值語句

（continuousassignmentstatement）第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三reg_a=8’b1011_1100;//對(duì)一個(gè)8位寄存器的賦值reg_a[3]=1’b0;//對(duì)寄存器的某一位賦值reg_a[7:4]=4’b1010;//對(duì)寄存器的幾位賦值mem_a[address]=8’h5d;/*對(duì)由address地址指定的寄存器單元賦值*/{carry,sum}=reg_a+reg_b;/*通過連接算符構(gòu)成一個(gè)整體進(jìn)行賦值*/例4－8對(duì)各種形式的寄存器變量進(jìn)行過程賦值的例子第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.3.2過程賦值語句的兩種延時(shí)模式

過程賦值語句的基本形式:

寄存器變量＝表達(dá)式考慮賦值過程的定時(shí)控制（Timing-control)時(shí)，根據(jù)定時(shí)控制在過程賦值語句中的不同位置，存在兩類定時(shí)模式:

一.外部定時(shí)模式二.內(nèi)部定時(shí)模式第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三一、外部模式：表達(dá)式:<定時(shí)控制><寄存器變量>＝<表達(dá)式>

該延時(shí)的模式:經(jīng)“定時(shí)控制”所確定的延時(shí)后，計(jì)算出右端表達(dá)式的值，把結(jié)果賦值給左端的“寄存器變量”。其中的“定時(shí)控制”分為兩種類型：

1.延時(shí)控制

2.事件控制第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三1.延時(shí)控制延時(shí)控制就是直接給出所需延時(shí)的時(shí)間，如：＃delaya=b;

這條語句表明，經(jīng)delay確定的延時(shí)時(shí)間后，過程賦值語句右端表達(dá)式才被求值并被賦給左端的寄存器變量。第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2.事件控制

事件控制以符號(hào)“@”開頭，后面緊跟的是事件控制控制敏感表，有以下幾種形式：

(1)@（信號(hào)名）;

(2)@(clock)reg_a=reg_b;

(3)

@(negedgeclock)reg_a=reg_b;

(4)@(事件1or事件2or事件3…)。第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三(1)@（信號(hào)名）

信號(hào)名所指定的信號(hào)通常是一位標(biāo)量，也可以是多位的矢量。該形式的含義：只要被檢驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生變化（一般是指上升沿或下降沿）時(shí)，后面的賦值語句就被執(zhí)行。如：

@(clock)reg_a=reg_b；當(dāng)clock發(fā)生跳變（上升沿或下降沿），reg_b的值就賦給reg_a。第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（2）@(posedge信號(hào)名）

信號(hào)發(fā)生上升沿跳變(positiveedge)如：

@(posedgeclock)reg_a=reg_b;

只要檢測(cè)到clock信號(hào)出現(xiàn)上升沿，reg_b的值就賦給reg_a。第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（3）@(negedge信號(hào)名）

信號(hào)發(fā)生下降沿跳變的情況如：

@(negedgeclock)reg_a=reg_b；

只要當(dāng)檢測(cè)到clock信號(hào)的下降沿，reg_b的值就賦給reg_a。第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（4）@（事件1or事件2or事件3…)

表達(dá)式中的事件是指上面（1）、（2）、（3）三類事件中的任何一種事件，or表示邏輯或的意思，即只要所列舉的任何一種情況出現(xiàn)，都將激活這里的事件控制。注意，VerilogHDL只提供“或”方式來處理多重觸發(fā)情況，沒有再定義諸如“與”等其他方式。第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例子：@(posedgeresetorposedgeclear)reg_out=0；

上例表示，只有reset或clear中的任一個(gè)出現(xiàn)下跳變，reg_out被復(fù)位。

第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三二、內(nèi)部模式：

<寄存器變量>=<定時(shí)控制><表達(dá)式>；

在內(nèi)部模式中，有關(guān)“定時(shí)控制”的表現(xiàn)形式與上面對(duì)外部模式中的說明完全一致。兩者之間的差別在于，在外部模式中，定時(shí)控制位于過程賦值語句之前，直接體現(xiàn)為對(duì)過程賦值語句執(zhí)行事件的延期（postpone）上，只有當(dāng)延時(shí)時(shí)間被滿足，或其他類型的激發(fā)條件被滿足后，過程賦值語句才能被計(jì)算和賦值。第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三內(nèi)部模式說明：在內(nèi)部模式中，定時(shí)控制位于賦值語句內(nèi)部，與外部模式相同的是，兩者都是在延時(shí)時(shí)間到期后再執(zhí)行過程賦值操作，不同的是右端表達(dá)式的求值過程是在不同的時(shí)間段進(jìn)行的。在外部模式中，直到延時(shí)到后，再對(duì)表達(dá)式求值，并執(zhí)行賦值過程。而在內(nèi)部模式中，先完成對(duì)表達(dá)式的求值，待延時(shí)到后，條件滿足時(shí)，再把前面求得的結(jié)果賦給左邊的寄存器變量。下表說明了兩者之間的關(guān)系：第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三兩者之間的關(guān)系:內(nèi)部模式外部模式Reg_a=#10reg_b;begintmp=rg_b;#10reg_a=tmp;endReg_a=@(posedgeclk)reg_bbegintmp=rg_b;@(posedgeclk)reg_a=tmp;end第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4-9一個(gè)包含延時(shí)的并行塊

的兩種描述形式方式一：對(duì)應(yīng)于外部模式

fork#10reg_a=reg_b;#10reg_b=reg_a;join方式二：對(duì)應(yīng)于內(nèi)部模式

forkreg_a=#10reg_b;reg_b=#10reg_a;join第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.3.3阻塞型過程賦值于非阻塞型過程賦值過程賦值語句的兩種賦值方式：阻塞型過程賦值與非賦值型過程賦值。

在過程賦值語句中，賦值算符“＝”被稱為阻塞型過程賦值算符。前一條語句沒有完成賦值之前，后面的語句不可能被執(zhí)行。即前一條賦值語句沒有執(zhí)行，使得后面的語句都被阻塞住了（Blocking)，這種賦值過程稱之為阻塞型賦值，相應(yīng)的賦值語句被稱為阻塞型賦值語句（BlockingAssignmentStatement).第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－10一個(gè)用于說明阻塞型賦值語句與非阻塞型賦值語句差別的例子。Moduledemo_blocking_or_non;Rega,b,c,d,e,f;/*方法一：blockingassignmentinaserialblock*/initiabegina=#101;b=#50;c=#11;end第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三方法二:non-blockingassignmentinaserialblockinitialbegina<=#101;b<=#50;c<=#11;endendmodule第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

同時(shí)包含阻塞型與非阻塞型串行塊的描述：

1.在前一個(gè)阻塞型賦值語句的串行塊中，到達(dá)10單位時(shí)刻時(shí)，a得到1；在到達(dá)15單位時(shí)刻時(shí)，b得到0的值；在到達(dá)16單位時(shí)刻時(shí)，c得到1。

2.在后一個(gè)使用非阻塞型賦值語句的串行塊描述中，c在1單位時(shí)刻首先得到1；繼之b在5時(shí)間單位時(shí)得到了0；最后才是a在10單位時(shí)刻得到了1。阻塞型賦值與非阻塞型賦值的比較：第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－11用非阻塞型賦值語句產(chǎn)生一段周期為100時(shí)間單位，占空為1：1的信號(hào)：modulewave_gen_nonblk(wav);outputwav;regwav;eventebd_wave;initialbeginwav<=0;#50wav<=1;#100wav<=0;#150wav<=1;#200wav<=0;#250->end_wave;endendmodule第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－12用串行塊及阻塞型賦值語句描述的一個(gè)例子。moduledemo_seri_bloc(reg_a,reg_b,data,clock);inputdata,clock;outputreg_a,reg_b;regreg_a,reg_b;always@(posedgeclock)beginreg_a=data;reg_b=reg_a;endendmodule第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－12描述的綜合結(jié)果第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－13用并行塊及阻塞型賦值語句描述的一個(gè)例子。moduledemo_seri_para(reg_a,reg_b,data,clock);inputdata,clock;outputreg_a,reg_b;regreg_a;reg_b;always@(posedegclock)forkreg_a=data;reg_b=reg_a;joinendmodule第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4－14用串行塊及非阻塞型賦值語句描述的一個(gè)例子。moduledemo_seri_nonblk(reg_a,reg_b,data,clock);inputdata,clock;outputreg_a,reg_b;regreg_a,reg_b;always@(posedegclock)beginreg_a<=data;reg_b<=reg_a;endendmodule第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.3.1什么是過程賦值語句

（continuousassignmentstatement）過程賦值與連續(xù)賦值之間的差別：

1·賦值對(duì)象的不同：連續(xù)賦值用于對(duì)連續(xù)類變量賦值，過程賦值完成對(duì)寄存器變量的賦值。

2·賦值過程實(shí)現(xiàn)方法不同：變量被連續(xù)賦值以后，右端的信號(hào)有任何變化，都將引起左端變量的變化；而過程賦值只有在語句被執(zhí)行到時(shí)，賦值過程才進(jìn)行一次，且賦值過程的具體執(zhí)行時(shí)刻還受到定時(shí)控制和延時(shí)模式等諸方面的影響。

第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三過程賦值與連續(xù)賦值之間的差別：3·語句出現(xiàn)的位置不同：連續(xù)賦值語句不能出現(xiàn)在任何一個(gè)過程塊中；過程賦值語句則只能出現(xiàn)在過程塊中。4·語句結(jié)構(gòu)的不同：連續(xù)賦值語句以關(guān)鍵詞assign為先導(dǎo)（有缺省情況），語句中的賦值算符分阻塞型和非阻塞型兩類。第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三過程賦值與連續(xù)賦值之間的差別：

5.沖突處理方式的不同：一條連續(xù)可被多條連續(xù)賦值語句同時(shí)驅(qū)動(dòng)，最后的結(jié)果依據(jù)連續(xù)類型的不同有相應(yīng)的沖突處理方式；寄存器變量在同一時(shí)刻只允許一條過過程賦值語句對(duì)其進(jìn)行賦值。第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4-15用兩種方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)與門的描述.

方式一:用連續(xù)賦值語句實(shí)現(xiàn)方式一:用連續(xù)賦值語句實(shí)現(xiàn)moduledemo_and_assign(c,a,b);inputa,b;outputc;assignc=a&b;endmodule第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三方式二:用過程賦值語句實(shí)現(xiàn)moduledemo_and_procedure(c,a,b);inputa,b;outputc;regcalways@(aorb)c=a&b;endmodule第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.3.5過程連續(xù)賦值語句

VerilogHDL中有兩組過程連續(xù)賦值語句,即assign/deassign與force/release.一、assign與deassign二、force/release第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三例4-16用過程邊續(xù)賦值語句實(shí)現(xiàn)具有異步清零功能(低電平有效)的上升沒D觸發(fā)器moduledff_asyn(q,d,clear,clk);outputq;inputd,clear,clk;regq;always@(clear)/*asynchronousclearprocedureblockIf(!clear)assignq=0;elsedessignq;//normalDflipprocedureblockalways@(posedgeclk)q=d;endmodule第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三二、force與release

force與release的定義和assign與deassign所作的說明是一樣的,差別體現(xiàn)在:1.assign與deassign的賦值對(duì)象只能是寄存器量:force與reease的賦值對(duì)象即可以是寄存器量,也可以是連線類量.2.對(duì)寄存器而言,force與release是一個(gè)比assign和deassign有更高優(yōu)先級(jí)的賦值語句:對(duì)連線類變量而言,它同樣具有最高優(yōu)先級(jí),可以覆蓋掉其它所有對(duì)這條連線驅(qū)動(dòng).第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

4.4高級(jí)程序語句4.4.1if-else條件語句4.4.2case語句

4.4.3forever循環(huán)語句

4.4.4repeat循環(huán)語句

4.4.5while循環(huán)語句

4.4.6for循環(huán)語句

4.4.7disable循環(huán)中斷控制語句

4.4.8wait語句與有名事件第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.4.1if-else條件語句

一、if(條件表達(dá)式)塊語二、if(條件表達(dá)式)塊語句1else塊語句2三、if(條件表達(dá)式1)塊語句1elseif(條件表達(dá)式2)塊語句2

……第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三一、if(條件表達(dá)式)塊語

當(dāng)條件表達(dá)式成立指條件表達(dá)式為1(邏輯真),如果出現(xiàn)0,x或Z等非1,作為不成立處理.另外,這晨對(duì)塊語句的定義與4.2節(jié)對(duì)塊語句的定義完全一致.當(dāng)塊語句只由一條語句構(gòu)成時(shí),塊語句標(biāo)識(shí)符可以缺省.這些在后面不再一一進(jìn)行重復(fù)說明.第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

一條沒有else選項(xiàng)的if語句映射到硬件上,形成一個(gè)鎖存器。如:always@(enableordata)if(enable)out=data;

當(dāng)enable有效時(shí),輸出（out）得到data的值；而enable無效時(shí),上面的描述并沒有告知輸出端（out）應(yīng)當(dāng)處在什么狀態(tài)。而按照過程的定義,在執(zhí)行下一次賦值操作之前,寄存器將保持原值不變,于是綜合器將據(jù)此產(chǎn)生一個(gè)鎖存器,用以保存輸出out的值。第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三二、if(條件表達(dá)式)塊語句1

else塊語句2