Verilog语言快速入门（一）

组合逻辑的一般模板

时序电路的一般模板

模块总体结构

模块说明

 

功能描述

1、assign语句

 

1）算数型

 2）逻辑型

3）关系运算符

4） 等价运算符

 

 5）按位运算符

 6）缩减运算符

7） 移位运算符

8）拼接赋值运算符

9） 条件运算符

如果表达式1值为X，则结果为X。

 2、always

 激活条件由敏感信号条件表决定，当敏感条件满足时，过程块被激活。

敏感条件有两种，一种是边沿敏感，一种是电平敏感。

说明:

• 过程块中的赋值目标必须是reg型的。
• 由于always语句可以描述边沿变化，在设计时序电路中得到广泛应用。
• always语句中还可以使用if  case  for循环等语句，其功能更加强大。

 assign语句和always语句的主要区别:

• assign连续赋值语句总是处于激活状态，只要操作数有变化马上进行计算和赋值;
• always过程赋值语句只有当激活该过程时，才会进行计算和赋值，如果该过程不被激活，即使操作数发生变化也不会计算和赋值。
• verilog规定assign 中的赋值目标必须是wire型的，而always语句中的赋值目标必须是reg型的。

• always语句块中除了可以使用表达式赋值以外，还可以使用if , case等行为描述语句，还能够描述边沿变化，因此其功能比assign语句更强大（ assign语句不能使用if等语句，也不能描述边沿变化)

 always语句块中如果有多条赋值语句必须将其用begin    end包括起来, assign语句中没有begin end 

 begin end 之间的赋值语句有阻塞赋值和非阻塞赋值之分·

 

• 阻塞赋值的实质:右边表达式的计算和对左边的赋值是一个统一操作，之间不能再插入其他任何动作，即马上赋值。

赋值目标1=表达式1;
赋值目标2=表达式2 ;

• 非阻塞赋值的实质:按顺序计算右边表达式的值，但是并不马上赋值，而是要等到过程结束时再按顺序赋值

赋值目标1<=表达式1;
赋值目标2<=表达式2 ;

应用:

• 设计组合电路时常用阻塞赋值;
• 设计时序电路时常用非阻塞赋值;
• 但不是绝对的
• 不建议在一个always块中混合使用阻塞赋值和非阻塞赋值

 

 综合举例:        4位二进制加1计数器

     3、底层模块和门原语调用

端口映射有两种方法:

• 端口名关联法(命名法)
• 位置关联法(顺序法)

命名法格式:
 (.底层端口名1(外接信号名1),.底层端口名2(外接信号名2),...)

因为有名字对应，不必按底层模块的端口信号列表顺序

DFF dff1(.CLK(clk),.D(d1),.Q(q1));     底层

 顺序法格式:
(外接信号名1,外接信号名2,..….)

DFF dff2(q1,d,q);   

 必须严格按照底层模块的端口信号列表顺序书写

 门原语调用

Verilog语言提供已经设计好的门，称为门原语(primitive,共12个)，这些门可直接调用,不用再对其进行功能描述。

门原语调用格式:        门原语名     实例名    (端口连接)
其中实例名可省略（和模块调用不同)，端口连接只能采用顺序法,输出在前,输入在后。

 

 端口连接中第一个是输出，其余是输入，输入个数不限。

常见门

 端口列表中前面是输出，最后一个是输入，输出个数不限。

模块的特点:

• 模块是以关键词module开始，以关键词endmodule结束的一段程序。
• 模块的实际意义是代表硬件电路的逻辑实体(即实现一定逻辑功能的电路)。
• 每个模块都实现特定的功能，范围可以从一个简单的门到整个大的系统。
• 模块的描逑方式有行为建模和结构建模(或两者结合)之分。
   

Verilog中的数据类型

Verilog中的数据类型分为两大类

• 线网类( net类)
• 变量类( variable类)

因连续赋值语句和过程赋值语句的激活特点不同，故赋值目标特点也不同，前者不需要保存，后者需要保存，因此规定两种数据类型;

• net型用于连续赋值的赋值目标或门原语的输出，且仿真时不需要分配内存空间;
• variable型用于过程赋值的赋值目标，且仿真时需要分配内存空间

将一个信号定义成net型还是varible型，由以下两方面决定：

1. 使用何种赋值语句对该信号进行赋值，如果是连续赋值或门原语赋值或例化语句赋值，则定义成net型；如果是过程赋值则定义成variable型
2. 对于端口信号来说，input信号和inout信号必须定义成net 型的; output信号可以是net型的也可以是variable型的，决定于如何对其赋值（同1） 

 

•  对于端口信号来说，input信号和 inout信号必须定义成net型的;
• output信号可以是net型的也可以是variable型的，决定于如何对其赋值

 

• c决定于如何对其赋值;
• d 如果是端口信号，则必须是net型的；如果来自其它驱动源则决定于如何对其赋值。
• e 、f 、g 、h必须是net型的例化语句赋值，则定义成net型;

Verilog中数字的表示格式

注意有符号数是按照补码表示的，即第一位是符号位。
比较: 8'b10111011 →(187)10  有区别
 

 逻辑值

Verilog中的顺序语句

 1、if语句

if语句---举例

 

 在用if语句设计“组合电路”时要注意，如果条件不完整，会综合出寄存器

 使条件完整的两种方法:

 条件表达式格式         （计算表达式）

计算表达式：
条件表达式的结果只有0和1两种，如果计算表达式的值为0，则条件表达式的值为0，否则为1 。

2、case语句

 格式

功能

• 如果表达式的值=取值1，则执行语句1；
• 如果表达式的值=取值2，则执行语句2 ；
• 如果表达式的值=取值3，则执行语句3 ；
• 如果表达式的值和上述取值都不相等，则执行默认语句。default语句可以不带。

 

 Verilog语言的描述风格

 三种描述方式

• 结构化描述（也称门级描述） （全部用门原语和底层模块调用）
• 数据流级描述（全部用assign语句）
• 行为级描述（全部用always语句配合if 、 case语句等）

vivado中提到另外一种描述方式：RTL级描述方式

• RTL级描述（数据流级＋行为级＋结构化描述三种混合的，可综合）

举例：用门级描述、数据流描述、行为描述分别设计数据选择器

例        多路选择器的Verilog门级描述

 例        多路选择器的Verilog数据流级描述

 例        多路选择器的Verilog行为级描述

 其它规定

（1）关键字

• 关键字即Verilog语言中预定义的有特殊含义的英文词语

（2）标识符

• 标识符即用户自定义的信号名﹑模块名等等;
• 注意关键字不能作标识符;
• Verilog区别大小写(关键字都是小写)。

（3）文件取名和存盘

• Verilog文件扩展名为.v 
• verilog不要求文件名和模块名一致，但最好是一致

（4）注释

•   //   单行注释
•   /*  */  多行注释
   

测试模块

如果设计阶段占用了20%的研发时间，那么需要花费80%的研发时间用于调试，才能使系统正常工作

编写测试文件(testbench)

• 产生激励波形
• 将输入加到测试模块并收集其输出响应
• 将响应输出与期望值进行比较
   

Verilog HDL提供了一种灵活有效的产生输入信号波形的方式---写测试程序( test bench）， 就是用一段程序产生激励信号，用语言描述信号的变化。
Test bench应当是被测模块的高层模块，它没有IO端口，而且内部有被测模块的实例。

 用Verilog HDL代码生成输入激励码test bench

 注意事项:

• 将时钟信号﹑置/复位信号与其它信号分开并分别加以处理

• 注意各种（各组）输入信号的时序关系

• 注意所采用的延时表示方式(绝对延时/相对延时)

• 注意各种输入激励与时钟信号的关系

输入激励码产生方式:

• 用单独的always语句或assign赋值语句产生时钟信号
• 用简单的initial语句块产生置/复位信号的激励
• 在initial语句块中用循环语句块产生按一定规律变化的信号的激励码
• 用Task过程产生特殊信号的输入激励; 

1、用单独的always语句或assign赋值语句产生信号

2、用简单的initial语句块产生置/复位信号的激励

非中文形式的符号

大小写要区分       clk

3、在initial语句块中用循环结构描述具有一定变化规则的输入激励信号

test bench程序结构

 test bench仿真文件样例