跟着我从零开始入门FPGA（一周入门系列 第一天）_fpga nibble

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1、假设读者对硬件数字电路熟悉，比如自己可以用74芯片做跑马灯
2、C语言都比较熟悉，因为下面用的Verilog语言就跟它很类似，暂时规避晦涩的VHDL

我打算分几个部分
1、Verilog语法
2、组合逻辑设计
3、时序逻辑设计
4、阻塞和非阻塞
5、同步和异步设计
6、有限状态机
7、设计一个只有4条指令的CPU


如果你不需要自己设计，只需要看懂一些代码，理解Team中别人的意思。
这个帖子就是教你一周学会XXOO的

如果你已经入门而登堂入室了，这个帖子真的不应该看了，否则会退步的。

1、Verilog语法


没错，我们就是拿C语言照猫画虎,下面是一个“老虎”的模型。
我们一个个看他跟“猫”不一样的地方

module nand(
            input   in1,
            input   in2,
            output   out
);

    wire    tmp;
    assign tmp = in1 & in2;
    assign out = ~tmp;

endmodule


模块定义跟C语言的函数很相似吧
1、模块必须使用“module”关键字，他也没有返回值。
2、模块没有beginmodule，只有endmodule
3、模块对外接口有input，output，inout，但为了入门着想，只谈input和output

模块内部还有个中间变量耶，是不是看见了tmp就有很熟悉的感觉了。
没错，他就是中间“变量”，在硬件上他就是一根导线，wire望文生义即可。

看见了“=”就应该猜到这是赋值语句了，没错，但Verilog的语法要求前面必须有个苦B的assign关键字

至于“&”和“~”这2个运算符号，就不讲了吧，C语法搞不清的兄弟，对不住了


有人会说，你这“变量”到底是int还是long还是flot抑或double呢？
好了，咱继续照猫画虎，不过老虎毕竟跟猫是不一样的，比如老虎会虎啸，猫只会喵喵。

wire[7:0]   tmp;
这一下子把tmp从一根线，扩展成了8根线，觉得是7根线的自己去看C语言课本去。

好了，我们要虎啸了，同时喵喵几下，对比着看

wire[7:0]   tmp;
wire[3:0]   high;

assign high = tmp[7:4];     //虎啸的Verilog
high = tmp<<4;              //喵喵的C语言

硬件就是硬件，可以随意飞线，你甚至可以把tmp里面的bit6，bit3，bit1，bit7组成一个Nibble
不知道Nibble不要紧，它就是Half Byte的

assign high = {tmp[6],tmp[3],tmp[1],tmp[7]};        //虎啸的Verilog

high  = (tmp & 0x40) ? 0x08 : 0;                //喵喵的C语言
high |= (tmp & 0x08) ? 0x04 : 0;                //喵喵的C语言
high |= (tmp & 0x02) ? 0x02 : 0;;               //喵喵的C语言
high |= (tmp & 0x80) ? 0x01 : 0;;               //喵喵的C语言

这下知道喵喵跟虎啸的差距了吧，C语言，把如猫添翼?表达式都用上了，还是4行代码才表达出自己的意图。
当然，Verilog也有他的?表达式，那用上了，就真的是如虎添翼了

C语言的switch/case语句
switch(tmp)
{
    case 1:
        high =1;
        break;
    case 3:
        high =5;
        break;
    case 5:
        high =2;
        break;
    case 9:
        high =1;
        break;
    default:
        high =11;
}
Verilog的case语句
case(tmp)
    1:          high =1;
    2:          high =5;
    3:          high =1;
    4:          high =1;
    default:    high = 1;

发现了没，首先打字要少敲很多case了吧，case已经升级当主管了，小罗罗们直接跟这冒号就可以了。
细心的文艺青年，应该发现了一个大秘密，那个四处张扬，到处留种的break居然不见了。
Verilog不需要break了，它默认每个语句自动break，这时有人又担心，那我有2个语句咋办？

问得好，又有2个keyword要粉末登场了，begin/end
学会Pascal语言的朋友，肯定认得他俩，在C语言中被{和}所替代

Verilog本来也想用{和}的，毕竟写代码是要敲键盘的，能少敲谁也不愿意多敲。
可惜{和}被用掉了，用在了哪里？到上面找去，

case(tmp)
    1,2,3,4:
    begin
        high =1;
        high1 =3;
        high8 =9;
    end
    default:
        high = 1;

这个排版，是不是又点更像C语言的风格了
你也许已经看到了，C语言中多个case项公用一段代码的情况，在Verilog里面也有，而且更TMD的简洁

if/else语句就不讲了，这方面猫和老虎太像了，照猫画虎就**不离十了。


好了，下面有个用得非常多的always语句

always(tmp1, tmp2)
    begin
        out1 = tmp1 ^ tmp2;
        out2 = tmp1 + tmp2;
    end
又是喵喵和虎啸的区别了，C语言的while也是always的意思，但while不如always忠诚。
C的while语句，是随着CPU的时钟节奏，一步一步的走，然后Loop循环回来，直到永远或者有人叫她出台（霸王的break或者while条件不满足了）
Verilog的always可就忠诚多了，只要tmp1和tmp2中的任何一个变动，out1和out2都跟着动，clk来不来都会工作，这就是主动和被动的差别