Verilog语言编程基础.ppt

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1、VerilogHDL语言编程基础,大连XXX网络技术有限公司,HDL语言简介,Verilog 中的模块（Module）,Verilog语言中常用语句,Verilog语言中阻塞和非阻塞赋值,Verilog语言中常见的错误,Verilog的语言要素,Verilog语言的4大法宝,HDL语言简介,HDL：硬件描述语言(Hardware Description Language)目前通用的 HDL 语言有VHDL和Verilog两种。目前多数 FPGA 厂商都有自己的逻辑综合工具，或者采用第三方的设计综合工具来支持自己的器件开发。这是由于HDL完成的设计具有可移植、易维护、好理解的性能。,HDL语言简

2、介,VHDL语言最初于1981年由美国国防部（DOD）为解决所有电子产品存档而提出了一种统一标准语言，1987年成为IEEE107687标准.1993年后,形成IEEE1164,以解决可综合VHDL描述在不同EDA厂商之间的移植问题，及ASIC/FPGA的门级库描述问题。Verilog语言最早由Gateway设计自动化公司于1981年提出，并提供相应的Verilog仿真器。1985年，仿真器增强版Verilog-XL推出。Cadence公司于1989年收购Gateway公司，并于1990年把Verilog语言推向市场，而保留了Verilog-XL的所有权。1995年，Verilog成为IEEE

3、1364标准。,HDL语言简介,VHDLVerilog 比较:两种语言均可有效地描述RTL级（寄存器传输级），但在行为/系统级，Verilog需要PLI的支持，门级以下级Verilog 则有较大优势。对于两种语言来说，没有一种语言能描述的功能而另一种不能实现的。考虑到目前大多数的ASIC厂家支持Verilog网表，我们今后将主要推行使用 VerilogHDL。,Verilog语言中常用语句,Verilog语言中阻塞和非阻塞赋值,Verilog语言中常见的错误,Verilog的语言要素,Verilog语言的4大法宝,Verilog 中的模块（Module）,Verilog中的模块,模块是Veri

4、log 的基本描述单位，用于描述某个设计的功能或结构及其与其他模块通信的外部端口。整个逻辑设计就是通过模块之间的例化（instantiation）来构成一个整体的。逻辑设计的思想体现了自顶向下的设计方法,模块间的例化方法,要求：每个文件只包含一个模块。模块名和文件名保持一致。,模块名,实例名,端口信号映射关系,模块的基本语法结构,module module_name(port_list);Declarations:reg,wire,parameter,input,output,inout,function,task,.Statements:Initial statement Always st

5、atement Module instantiation Gate instantiation UDP instantiation Continuous assignmentendmodule,模块的结构需按上面的顺序进行，声明区用来对信号方向、信号数据类型、函数、任务、参数等进行描述。语句区用来对功能进行描述如：器件调用（Module instantiation）等。,Verilog语言中常用语句,Verilog语言中阻塞和非阻塞赋值,Verilog语言中常见的错误,Verilog语言的4大法宝,Verilog的语言要素,标识符注释格式系统任务和函数编译指令值集合数据类型参数,Verilog

6、的语言要素,Verilog的语言要素标识符,标识符(identifier）用于定义模块名、端口名、信号名等。Verilog HDL 中的标识符(identifier)可以是任意一组字母、数字、$符号和_(下划线)符号的组合，但标识符的第一个字符必须是字母或者下划线。另外，标识符是区分大小写敏感的。以下是标识符的几个例子：Verilog HDL 定义了一系列保留字，叫做关键词，附录A 列出了语言中的所有保留字。注意只有小写的关键词才是保留字。例如，标识符always(这是个关键词)与标识符ALWAYS(非关键词)是不同的。,Verilog的语言要素注释,两种注释的方式：以“/*”符号开始，“*/

7、”结束，在两个符号之间的语句都是注释语句，因此可扩展到多行。如：/*statement1，statement2，.statementn*/以上n个语句都是注释语句。是以/开头的语句，它表示以/开始到本行结束都属于注释语句。,Verilog的语言要素格式,自由的书写格式：Verilog HDL的书写格式是自由的，即一条语句可多行书写；一行可写多个语句。白空（新行、制表符、空格）没有特殊意义。如：input A；input B；与input A；input B；功能是一样的，但是这方面公司有严格的书写规范。,Verilog的语言要素系统任务,以$字符开始的标识符表示系统任务。任务提供了一种封装行为

8、的机制。这种机制可在设计的不同部分被调用。任务可以返回0个或多个值。函数在0时刻执行，即不允许延迟。$d i s p l a y(Hi,you have reached LT today);/*$d i s p l a y 系统任务在新的一行中显示。*/$t i m e/该系统任务返回当前的模拟时间。,Verilog的语言要素编译指令,以（反引号）开始的某些标识符是编译器指令。在Verilog 语言编译时，特定的编译器指令在整个编译过程中有效（编译过程可跨越多个文件），直到遇到其它的不同编译程序指令。完整的标准编译器指令如下:define,undef ifdef,else,endif defa

9、ult_nettype include resetall timescale unconnected_drive,nounconnected_drivecelldefine,endcelldefine,Verilog的语言要素值集合,四种基本的值类型：0：逻辑0或“假”；1：逻辑1或“真”；X：未知值；Z：高阻。注意这四种值的解释都内置于语言中。如一个为z 的值总是意味着高阻抗，一个为0 的值通常是指逻辑0。,Verilog的语言要素数据类型,两种数据类型:线网类型(net type)和 寄存器类型（reg type）。线网类型代表的是物理连接线，因此它不存贮逻辑值。必须由器件所驱动。assi

10、gn赋值语句必须用线网类型。定义：wire a;assign A=B C；当一个wire 类型的信号没有被驱动时，缺省值为Z（高阻）。信号没有定义数据类型时，缺省为 wire 类型。寄存器类型通常用于对存储单元的描述，如D型触发器、ROM等。存储器类型的信号当在某种触发机制下分配了一个值，在分配下一个值之时保留原值。但必须注意的是，reg 类型的变量，不一定是存储单元。注意在always,initial 语句中必须用reg 类型的变量。定义：reg msb:lsb reg1,reg2,.r e g N;,Verilog的语言要素参数,参数是一个常量。参数经常用于定义时延和变量的宽度。使用参数说

11、明的参数只被赋值一次。参数说明形式如下：下面为具体实例：p a r a m e t e r L I N E L E N G T H=132；p a r a m e t e r A L L _ X _ S=16bx;,Verilog的语言要素常量,三种常量：整型、实型、字符串型。整型数可以按如下两种方式书写：1)简单的十进制数格式 32 十进制数322)基数格式：size base valuesize 定义以位计的常量的位长；base 为o 或O（表示八进制），b 或B（表示二进制），d 或D（表示十进制），h 或H（表示十六进制）之一；value 是基于base 的值的数字序列。值x 和z 以

12、及十六进制中的a 到f 不区分大小写。如：3b101 1h6 字符串是双引号内的字符序列。字符串不能分成多行书写。如：INTERNAL ERROR REACHEDHERE,Verilog的语言要素运算符,算术运算符加法（二元运算符）：“+”；减法（二元运算符）：“-”；乘法（二元运算符）：“*”；关系运算符有：（大于）=（不小于）=（不大于）=（逻辑相等）！=（逻辑不等）,Verilog的语言要素运算符,按位逻辑运算符条件运算符cond_expr?expr1:expr2连接运算符连接操作：将小表达式合并形成大表达式或者说总线的操作。形式如下：expr1,expr2,.，exprN例如：wire

13、 7:0 Dbus;assign Dbus 7:4=Dbus 0,Dbus 1,Dbus2,Dbus 3;,Verilog语言中阻塞和非阻塞赋值,Verilog语言中常见的错误,Verilog语言的4大法宝,Verilog语言中常用语句,Verilog其它常用语句,If语句,使用IF语句的注意事项,当比较向量时，verilog将对位数小的向量做 0 扩展以使它们的长度相匹配，它的自动扩展为隐式的。建议采用显示扩展。每一个If 都应有一个else 和它相对应，防止产生latch；if语句的嵌套时，应注意每个If 条件的优先级；建议采用于 if(variable=1)，不要采用If(variabl

14、e),以增强程序的可读性。,Verilog其它常用语句,Case语句,使用Case语句的注意事项,所有的Case 应该有一个default case，以免生成不必要的锁存器。允许空语句：Default:;避免使用casex。,IF语句与CASE语句的比较,case语句通常综合成一级多路复用器，而if-then-else则综合成优先编码的串接的多个多路复用器。case 语句仿真要比条件赋值语句快,因为优先编码器的结构仅在信号的到达有先后时使用。if语句有优先级，case语句没有。,IF语句与CASE语句的比较,两者综合实现后结果：,If语句 case语句,同步复位和异步复位,区别在这里,Veri

15、log中不能被综合的语句,initial waitrepeat whileforever named eventsfork/join deassignforce/releaseprocedural assignmentsoperators:case equality and inequality=!=另外for语句虽然可以综合，但也不建议使用,Verilog语言中阻塞和非阻塞赋值,Verilog语言中常见的错误,Verilog语言的4大法宝,Verilog语言的4大法宝,Wire-数据类型：Verilog结构化元件间的物理连线。Reg-数据类型：寄存器类型Assign-连续赋值语句Always

16、-Always语句只要条件满足始终重复执行,连续赋值语句assign,连续赋值语句的执行是：只要右边表达式任一个变量有变化，表达式立即被计算，计算的结果立即赋给左边信号。连续赋值语句之间是并行语句，因此与位置顺序无关。,过程赋值语句Always,Verilog HDL 有两种过程赋值语句：initial 和 always 语句，实现行为建模。这两种语句之间的执行是并行的，即语句的执行与位置顺序无关。这两种语句通常与语句块（begin.end）相结合，则语句块中的执行是按顺序执行的。initial 语句只执行一次，即在设计被开始模拟执行时开始（0时刻）。通常只用在对设计进行仿真的测试文件中，用于

17、对一些信号进行初始化和产生特定的信号波形。always 语句与initial 语句相反，是被重复执行，执行机制是通过对一个称为敏感变量表的事件驱动来实现的,Verilog语言的4大法宝,assign、always例子：,Verilog语言的4大法宝,在assign语句中赋值的变量要定义为wire。在always块中被赋值的变量要定义为reg。reg变量并不一定被综合为寄存器。always块也可以用来描述组合逻辑。,Reg 变量,wire 变量,小提示,整个逻辑设计中的Module，以及Module中的Always语句块、Assign语句都是并行动作的。因此Module中的Always语句块、A

18、ssign语句、例化Module语句书写位置是没有要求的。,Verilog语言中常见的错误,Verilog语言中阻塞和非阻塞赋值,阻塞赋值与非阻塞赋值,阻塞赋值赋值操作符是“=”的过程赋值是阻塞性过程赋值。阻塞性过程赋值在其后所有语句执行前执行，即在下一语句执行前该赋值语句完成执行。,T1赋值首先发生，计算T1；接着执行第二条语句，T2被赋值；然后执行第三条语句，T3被赋值；依此类推。,阻塞赋值与非阻塞赋值,非阻塞赋值在非阻塞性过程赋值中，使用赋值符号“=”。当非阻塞性过程赋值被执行时，计算右端表达式，右端值被赋于左端目标，并继续执行下一条语句。非阻塞语句并行执行,第一条语句的执行使Clr 在

19、第5个时间单位被赋于值1；第二条语句的执行使Clr在第4个时间单位被赋值为0(从0时刻开始的第4个时间单位)；最终，第3条语句的执行使Clr在第10个时间单位被赋值为0(从0时刻开始的第10个时间单位)。注意3条语句都是在0时刻执行的。此时，非阻塞性赋值执行次序变得彼此不相关。,阻塞赋值与非阻塞赋值使用准则,原则1：对时序逻辑建模时，使用非阻塞赋值。原则2：对锁存器建模时，使用非阻塞赋值。原则3：用always块对组合逻辑建模时，使用阻塞赋值。原则4：在同一always块中对时序逻辑和组合逻辑同时建模时，使用非阻塞赋值。原则5：在同一always块中，不要混合使用阻塞和非阻塞赋值。原则6：不要用多个always块对同一变量进行赋值。原则7：使用$strobe显示非阻塞赋值的结果。,Verilog语言中常见的错误,避免出现不期望的锁存器,所谓Latch，其实质上在组合电路中有反馈。反馈的形成是因为利用到前一个状态。,a没有赋值,避免出现不期望的锁存器,If 条件没有穷举,对if 语句，除非在时序逻辑中，if 语句需要有else 语句。若没有缺省语句，设计将产生一个锁存器，锁存器在ASIC设计中有诸多的弊端。,Always的敏感列表不完整,如果敏感列表不完整，会导致前仿真和后仿真结果不一致。,在一个Always中处理多个变量,没有涉及状态机和FIFO的讲解谢谢！,