1.1 概述
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说明 |
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分类 |
1>> 面向设计的语句； // 可综合。 2>> 面向测试的语句； //testbench ，不可综合。 |
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特点 |
设计语句 assign ， always ，模块例化，都对应实际电路，并行执行。 |
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构造 |
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1.2 模块 Module
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条目 |
说明 |
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模块名（端口列表） |
整个电路的外特性，抽象为黑盒子； |
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端口方向 |
input ， output ； inout ； |
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端口类型 |
wire ， reg ； 端口类型是 wire 时可以省略。 例： input a ； // 端口方向为输入，类型默认为 wire ； |
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1.3 数据类型
1.3.1 wire/reg 线网
wire 和 reg 都是线类型，工程上没区别；只是 always/initial 模块中输出定义需要为 reg 型；
注意：不要将 reg 类型与 D 触发器混淆， reg 理解为因为代码所产生的。
例如：
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wire [7:0] a; // 定义了 8 位的 wire 型数据 wireb; // 定义了 1 位的 wire 型数据 |
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reg [3:0]sum ； // 定义了一个 4 位的 reg 型数据 |
1.3.2 常量
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类型 |
格式 |
说明 |
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parameter |
parameter 数据名 = 表达式 |
parameterMSB = 7 ； |
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常量 |
< 位宽 >< 进制 >< 数字 > |
二进制： B 或 b ； 十进制： D 或 d ； 八进制： O 或 o ； 8’b1010_1100 (‘b 表示二进制 ) |
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< 数字 > |
默认十进制； |
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4 值逻辑 |
0 ： Logic Low |
低电平； |
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1 ： Logic High |
高电平； |
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x ： Unknow ； |
不确定； |
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z ： High Impedance ； |
高阻态； // 三态门 |
1.4 运算符
1.4.1 概述
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运算符 |
说明 |
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算术运算符 |
＋ ( 加 ) ， - （减）， * （乘）， / （除）， % （取模）； |
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每个运算符在电路中都是个模块，如加法器，减法器； ！注意：除法，除 2^n ，是移位运算， 浮点运算就复杂了，因此浮点运算要专用除法器； |
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关系运算符 |
>, <, >=, <= ， == （相等）， ！ = （不相等）； |
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逻辑运算符 |
&& （逻辑与） . || （逻辑或） , ! （逻辑非）； 条件判断语句中，为避免歧义，逻辑运算符二边推荐为 1bit ； |
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位运算符 |
& （与）， | （或）， ~ （非） , ^ （异或） ; ~^ （同或）； |
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移位运算符 |
<< （左移）， >> （右移）； |
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归约操作 |
& ， ~& ， | ， ~| ， ^, ~^;//unary reduction ； |
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条件运算符 |
？： |
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拼接运算符 |
{} //{3{a[0]}}: 代表 3 根同样的 a[0] 线， {a[0],a[0],a[0]} |
1.5 设计语句
1.5.1 assign （连续赋值）
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实例 |
说明 |
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assigny = ~ b ； assign out = a==1 && c==1 ； assign f = sel ？ a ： b ； |
>> 实现可以用布尔函数描述的组合逻辑电路； |
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>>“=” 后面可以是任何布尔函数； >> 并行执行； |
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典型错误 1 ： assigna = b + a; |
避免出现反馈电路：变为了不可知时序逻辑电路；
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1.5.2 always （过程块）
a、赋值
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赋值方式 |
说明 |
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= ，阻塞赋值 |
always @ （ a or b or C or … ） begin 语句块（ = ， if 语句， case 语句） end |
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实现：组合逻辑电路；（注意！禁止用于时序逻辑电路） always 块内，阻塞赋值：是顺序执行（类似 C ）； |
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敏感表： @ （ * ） //“*” 自动添加相关输入信号； |
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避免出现 Latch （锁存器） 分支语句（ if 语句， case 语句）条件不满时，会在电路中自动生成锁存器来保存不满足条件的值，因此要补全 if-else ，和 case 的 defalut 语句； |
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<= ，非阻塞赋值 |
always @ （ posedge clk or negedge rst_n ） begin 语句块（ <= ， if 语句， case 语句） end |
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实现：时序逻辑电路；（注意！禁止用于组合逻辑电路） always 块内，阻塞赋值：并行执行； |
b、if 语句
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条目 |
说明 |
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格式 1 |
if( 条件 )begin 语句 1; 语句 2 ； end else begin 语句 1 ； 语句 2 ； end |
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格式 2 |
if( 条件 )begin 语句 1; 语句 2 ； end else if begin 语句 1 ； 语句 2 ； end else begin 语句 1 ； 语句 2 end |
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特点 |
分支语句，各个分支条件不同；顺序执行判断； |
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注意 |
if-else 成对使用； |
c、case 语句
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条目 |
说明 |
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格式 |
case( 表达式 ) 常量表达式 1:begin 语句； end 常量表达式 2:begin 语句； end 常量表达式 3:begin 语句； end default ： 语句； endcase |
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特点 |
分支语句，各个分支条件相同；并行执行判断； |
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注意 |
default 语句不可省略； |
d、代码 & 硬件
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条目 |
说明 |
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映射 |
赋值语句 -> 逻辑函数； // 加法器，减法器等； |
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边沿型条件分支 -> D 触发器； |
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条件分支 -> 多路选择器； |
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示例 |
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1.5.3 模块例化
a、作用
系统设计时，建议遵循以下设计原则：
b、常见的典型错误如下所示：
1.5.4 全加器
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全加器顶层： w1 ， w2 ， w3 ：模块之间连线；
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半加强： 2 种描述方法，如下：
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描述方式
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描述方式 |
说明 |
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位置关联 |
AND u1(a, b, and_out); |
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名字关联 |
AND u1(.a(a), .b(b), .o （ and_out ） ); // 推荐使用 |
1.6 测试语句
1.6.1 结构
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Testbench |
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1.6.2 特殊符号
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语句 |
说明 |
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`< 标识符 > |
表示： 编译引导语，用于指导仿真编译器在编译时采取一些特殊处理； 编译引导语句一直保持有效，直到被取消或重写； |
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`timescale |
`timescale < 时间单位 >/< 时间精度 > 例 1 ： `timescale 1ns/1ns // 时间单位 1ns ；时间精度 1ns ； #2 // 延时 2 ×1=2ns ； #2.1// 延时 2.1 × 1 = 2.1ns, 精确到 1ns ，为 2ns ； 例 2 ： `timescale 1ns/100ps // 时间单位 1ns ；时间精度 100ps ； #2 // 延时 2 ×1= 2ns ； #2.1// 延时 2.1 × 1 = 2.1ns, 精确到 100s ，为 2.1ns ； |
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`define |
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`include |
`include “global.v” 包含另一个文件，完整拷贝过来； |
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`restall |
把所有设置的编译引导恢复到缺省状态； |
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#<num>; |
#10; // 延迟 10 个时间单位 |
1.6.3 语句
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语句 |
说明 |
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initial |
块语句：只执行一次， always 循环执行；不可综合； |
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作用： 产生激励信号； 检查输出波形； 赋初值； |
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forever |
// 产生周期信号： intial begin clk = 0 ； forever #10 clk = ~clk; // 时钟信号 end |
1.6.4 系统任务和函数
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条目 |
说明 |
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$< 标识符 > |
表示 Verilg 的系统任务和函数 |
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$time |
当前的仿真时间 |
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$display |
显示信号值变化：只执行一次，打印当前时刻； $display($time, “b% %b %b” ， rst,clk,dout); |
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$monitor |
监视信号值变化：所有过程时刻； $monitor($time, “b% %b %b” ， rst,clk,dout); |
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$stop |
暂停仿真 |
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$finish |
结束仿真，释放电脑资源； |
1.7 代码模板
1.7.1 组合逻辑电路
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条目 |
说明 |
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assign |
assign add_cnt = flag==1; // 用于简单的组合逻辑电路； |
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always |
always @(*)begin// 统一采用“ *” 为敏感列表； （ =,if,case ）语句； // 只能使用“ =” 赋值 end |
1.7.2 时序逻辑电路
a、计数器模板 1
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3 段式模板 |
模板 1 |
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1 |
计数段 |
always @( posedge cllk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) cnt <= 0; // 初值规定为 0 else if (add_cnt)begin// 【位置 1 】 if(end_cnt) cnt <= 0; else cnt <= cnt + 1; end end |
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2 |
加 1 条件 |
assingadd_cnt = d==1; //d==1 ：什么时候开始数脉冲 |
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3 |
结束条件 |
assing end_cnt = add_cnt&& cnt == X-1; // X: 数多少个脉冲 |
b、计数器模板 2
|
3 段式模板 |
模板 1 |
|
|
1 |
计数段 |
always @( posedge cllk or negedge rst_n) begin if (!rst_n) cnt <= 0; // 初值规定为 0 else if (add_cnt) begin// 【位置 1 】 if(end_cnt) cnt <= 0; else cnt <= cnt + 1; end else cnt <= 0; // 不连续，需要清 0 时，使用模板 2 ； end |
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2 |
加 1 条件 |
assingadd_cnt = d==1; //d==1 ：什么时候开始数脉冲 |
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3 |
结束条件 |
assing end_cnt = add_cnt&& cnt == X-1; // X: 数多少个脉冲 |
c、 4 段式状态机模板
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段号 |
代码 |
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1 |
// 初始化，次态赋值给现态，明确当前状态； always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) state_c <= S00;// 初始状态 else state_c <= state_n; end |
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2 |
always @( * ) begin // 组合逻辑，描述状态转换目标 case(state_c) S00: begin if(s00_s20_start) // 条件名 S00->S20 state_n = S20; else state_n = state_c; // 方便拷贝 end S20: begin if(s20_s21_start) state_n = S21; else state_n = state_c; end S21: begin if(s21_s00_start) state_n = S00; else state_n = state_c; end default: begin state_n = S00; end endcase end |
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3 |
// 具体的转换条件内容 assign s00_s20_start = state_c==S00&& ( 条件 ) ； assign s20_s21_start = state_c==S20&& ( 条件 ); assign s21_s20_start = state_c==S21&& ( 条件 ); |
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4 |
根据转态设计输出： 1 个 always 设计 1 个输出信号； |
1.7.3 Testbench
a、框架
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条目 |
内容 |
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模块名 |
`timescale 1 ns/1 ns module testbench_name(); |
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信号定义 |
reg clk ; // 时钟 reg rst_n; // 复位 reg[3:0] din0 ; //uut 的输入信号 ，定义为 reg 型，在 initial 中 reg din1 ; wire dout0;//uut 的输出信号， 定义为 wire 型 wire[4:0] dout1; parameter CYCLE = 20; // 参数定义，方便修改； parameter RST_TIME = 3 ; |
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待测模块例化 |
module_name uut( // 统一采用名字关联 .clk ( clk ), .rst_n ( rst_n ), .din0 ( din0 ), .din1 ( din1 ), .dout0 ( dout0 ), .dout1 ( dout1 ) ); |
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激励产生 |
// 复位，时钟 ，等 |
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显示输出结果 |
$display // 类似 printf ； |
b、复位
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复位 |
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initial begin rst_n = 1; #2; rst_n = 0; #(CYCLE*RST_TIME); rst_n = 1; end |
c、仿真时钟
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仿真时钟 |
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initial begin clk = 0; forever #(CYCLE/2) clk=~clk; end |
d、激励信号
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激励信号 |
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initial begin #1;// 方便观测 din1 = 0; // 赋初值 #(10*CYCLE); // 开始赋值 end |
以上就是总结的 Verilog 语法相关知识点，转自明德扬论坛