【Verilog & VCS仿真_2023.11.15】_verilog vcs 仿真

HDL：硬件描述语言，并发，时序
RTL：寄存器传输级语言

Verilog和VHDL的区别：
VHDL侧重于系统级描述——系统级设计人员所采用
Verilog侧重于模块行为的抽象描述——电路级设计人员

前端：系统级、算法级（c/matlab）、寄存器变换级（RTL Verilog/SV）
后端：逻辑门级、开关级、物理（版图）级

数字电路设计两个要素：线（wire）和器件（module）

RTL基本单元：寄存器、ALU、MUX等
电路的功能描述：算法状态机图、有限状态机、数据流图、控制流图

除endmodule、begin_end、fork_join外都要加分号
标识符只可以由字母、数字、下划线和$组成，开头必须是字母或下划线，是区分大小写的

数据类型

Verilog HDL19种中4个最基本的数据类型：integer型（32位有符号整数）、parameter（符号常量）、reg型、wire型

常量

整数型常量：<位宽>'<进制><数字>
<数字>缺省十进制，32位

wire[31:0]a;//长度为32
wire[31] a;//长度为31，不建议
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x表示不定值，z表示高阻值
最左边的x或z具有扩展性：8’bx1 =8’bxxxxxxx1
？是z的另一种表示符号，在case语句中使用

负数：在位宽前加一个减号

-8'd5 = 8'b1111_1011   //5的补码（反码加1）
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parameter常量的声明：module test # (parameter p=4’h1)
localparam和parameter的区别：parameter可做传递参数的接口

常用的三种变量：线网型，寄存器型，数组

线网型nets型：
输出始终随输入的变化而变化的变量：wire，不能存值
表示以assign语句赋值的组合逻辑
缺省为wire型，位宽1bit

寄存器型register型：
表示过程块（initial always task function）语句内的指定信号过程块中信号必须为reg型
reg生成触发器和组合逻辑，wire只能生成组合逻辑

数组型memory型：

reg [n-1]存储器名[m-1:0];  //m个位宽为n的存储单元
需指明赋值的存储单元
rega[7:0]=0;//不合法
rega[7]=0;//合法
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运算符

算术运算符（双目运算符）：%取余，两侧均为整型，结果为第一个操作数的符号位；某一个为不定值x，结果为x
关系运算法（双目运算符）：结果是逻辑值0、1、x，优先级低于算术运算符
逻辑运算符：&& ，！， ||，(a=3’bx0x && b=3’bx01) = (x && 1)
位运算符：~（按位取反） ，& ，| ，^ ，^~（同或），进行运算时位数少的高位自动补0
缩减运算符（单目运算符）：& ，~& ，|， ~| ，^， ~^,低位与第二位进行运算，直至最高位，结果缩减为1位二进制数

b=|a;
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移位运算符（左乘右除）：用0补空位，左移扩充位数（乘以2ⁿ）,右移数据丢失（除以2ⁿ）
位拼接符：拼接时必须指明信号的位数,1默认为32位

{1'b0，xx……};
{4{w}}={w,w,w,w};
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等式运算符：逐位相等结果为1，某些位为x或z结果为x

//case等式运算符，相应位完全一致结果为1
 x==x;      //x 
 x===x;    //1
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条件运算符（三目运算符）

信号=a ? 表达式1:表达式2;	
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运算符的优先级

连续赋值语句

assign语句，描述组合逻辑最常用的方法，不可出现在过程块中，并行的与位置顺序无关，与过程语句之间也是并行的

结构语句

不可综合的用在测试语句中

过程语句

always不断重复执行，直到仿真结束，initial只执行一次
always块中被赋值的只能是reg型，不加时序控制会导致仿真死锁

always areg=~areg;
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always@(*)：电平触发，组合逻辑
a=0等语句只能写在assign，always，initial赋值语句中，三者并行

块语句

begin_end

顺序执行语句，每条语句的延迟时间是相对于前一条语句的仿真时间而言的
存在块内声明语句（参数声明，reg变量声明，integer变量声明，real变量声明语句）时要加上块名

begin:块名
	块内声明语句；
	语句；
end
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fork_join

并行执行语句，不可综合，用在测试文件中，时间排序在最后的语句执行结束或完成一个disable语句

条件语句

if-else语句

if(a)≠if(a==1)    //当a为单比特时成立
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case语句

每个值的位宽必须相等，与控制表达式的位宽相同
在分支表达式中，？表示高阻态
按顺序判断，满足一个条件后执行就跳出case语句，故少用casex

casez，不匹配高阻态z的位
casex，不匹配高阻态z和不定值x的位

组合电路设计中，不加上else、default项，会生成隐含锁存器latch，q保持原值，加上后会生成选择器，故组合逻辑中必须要加上else、default项

循环语句

for语句

for（循环变量赋初值；循环执行条件；循环变量增值）执行语句
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repeat语句

repeat（循环次数表达式）语句
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while语句

while（循环执行条件表达式）执行语句
//执行语句中必须有一条改变循环执行条件表达式的语句
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forever语句

无条件连续执行forever后面的语句或语句块
必须要写在initial过程块中，不可综合，用在测试文件中
使用时块要加块名，然后用disable加块名，跳出循环

编译预处理语句

宏定义语句

`define 标志符（即宏名） 字符串（即宏内容）//没有分号
`define IN a+b+c+d 
//使用方法：`IN
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文件包含语句

`include "文件名"或"文件绝对路径或相对编译文件的路径"//include后面一定要有空格
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时间尺度语句

`timescale 时间单位/时间精度				
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系统任务语句

显示和写任务

$display("a is %b",a);                   // 二进制显示空位会显示零，十进制会空出位数
%0b                                      //显示实际位数，自动换行，$write不会自动换行
%c或%C                                   //ASCII字符
%s或%S                                   //字符串
%t或%T                                   //当前时间格式（"%t",$time），单位为时间精度
可以直接使用$time，$display($time,"%d",a);//没有指定时间格式，按十进制显示
\n换行，\t制表符，\\字符\
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文件输出任务：从文本文件中读取数据并将数据加载到存储器中

$readmemb读取二进制格式数
$readmemh十六进制

$readmemb("<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>,<结束地址>);
//没有起始和结束地址则存储器从其最低位开始加载数据直到最高位
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仿真时间函数与监控任务

$time：返回64位整型时间
$realtime：返回实型（浮点型）时间
$monitor：连续监控指定的参数，参数发生变化打印
$monitoroff停止 $monitoron启动
当在一个initial中，有两个monitor时，只打印后一个monitor信息

随机函数random（伪随机）

rand=$rand%60              //-59~59
rand={$rand}%60           //0~59
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仿真控制任务

$finish（建议使用） $stop(只是暂停仿真)

阻塞赋值与非阻塞赋值

阻塞赋值立即改变，可综合的阻塞赋值操作不能设定有延迟（即使是零延迟，延迟后才赋值，不可综合）
非阻塞赋值在块语句结束后才赋值，只能对寄存器变量进行赋值，故只能用在initial和always块等过程块中，非阻塞赋值不允许用于连续赋值
always块建立组合逻辑模型时，用阻塞赋值
同一个always块中建立时序和组合逻辑电路时，用非阻塞赋值，不要混用
赋值时不要使用#0延迟

任务和函数语句

task语句

任务定义：task<任务名>;
		端口及数据类型声明语句;//不用声明数据类型，sv中默认为logic
		其他语句；
          endtask
任务调用：<任务名>(端口1,端口2……);//端口一一对应
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多输入多输出
可包含定时控制语句 包含定时控制语句的任务是不可综合的（# @ wait）
任务的定义与调用必须在一个module中
可调用函数和任务函数
在任务定义结构内不能出现initial和always过程块
任务调用语句只能出现在过程块内

function语句

function<返回值位宽或类型说明>函数名;//缺省返回1位reg型数据
	     端口声明;//至少一个输入参量，无输出（不可有输出或双向变量）	
	     局部变量定义;
	     其他语句;//必须有一条赋值语句
         endfunction
函数调用：<函数名>(端口)
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函数在模块内部定义，通常在本模块中调用，也可以从其他模块调用
不可包含定时控制语句，可综合，每调用一次函数，相当于改变此电路的输入得到相应计算结果
可调用函数语句，不可任务函数

模块的调用

端口可以位置关联或名称关联
仿真：前（RTL）仿真，逻辑网表仿真，门级仿真和布线后仿真

`inclule "xxx.v"
`timescale 1ns/1ps
//可不写，files.f和Makefile文件已完成
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时钟激励的产生

三种方式

reg clk;
initial begin
	clk=0;
end
always #10 clk=~clk;
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always begin
	#10 clk=0;
	#10 clk=1;
end
=====================
initial begin
	clk=0;
	forever #20 clk=~clk;
end
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参数传递

module Decoder(A,F);
	parameter W=1;
	parameter P=1;
	……
调用：Decode #(4,0) u_D2(a,b);//位置关联
Decode #(.W(4),.P(0)) u_D2(a,b);//名称关联
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悬空端口

输入管脚悬空为高阻z，输出管脚悬空管脚废弃不用

VCS仿真mux2to1

源文件和tb文件代码，tb文件中输入为reg型，输出为wire型

将源文件、tb文件、Makefile、files.f放入一个mux2to1文件夹，进入文件夹运行make all

跑eda工具，执行命令make all，要和Makefile文件同级；
如图加入信号或者ctrl+4快捷打开波形页面

点击向下小箭头显示波形，按F键显示fit波形