FPGA/verilog 学习笔记—— Verilog基础语法

Posted

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了FPGA/verilog 学习笔记—— Verilog基础语法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。


文章目录

  • ​​Verilog基础语法​​
  • ​​一、基础知识​​
  • ​​1. 逻辑值​​
  • ​​2. 数字进制格式​​
  • ​​3. 标识符​​
  • ​​二、数据类型​​
  • ​​1. reg和wire类型​​
  • ​​（1）reg寄存器类型​​
  • ​​（2）wire线网类型​​
  • ​​（3）reg和wire的区别​​
  • ​​2. integer类型​​
  • ​​3. parameter类型​​
  • ​​三、运算符​​
  • ​​1. 运算符优先级​​
  • ​​2. 算术运算符​​
  • ​​3. 关系运算符​​
  • ​​4. 逻辑运算符​​
  • ​​5. 条件运算符​​
  • ​​6. 位运算符​​
  • ​​7. 移位运算符​​
  • ​​8. 位拼接运算符​​

Verilog基础语法

一、基础知识

1. 逻辑值

逻辑值

代表

对应电路

0

低电平

GND

1

高电平

VCC

X

未知（高电平或低电平）

可能是VCC或GND

Z

高阻态

悬空状态，外部没有激励信号

FPGA/verilog

2. 数字进制格式

  1. Verilog数字进制格式包括二进制、八进制、十进制、十六进制
  2. 进制示例

进制

写法

代表

二进制

​​4b0101​​

4位二进制数0101(B)

十进制

​​4d2​​

4位十进制数2(D)，二进制0010(B)

十六进制

​​4ha​​

4位十六进制数a(H)，二进制1010(B)

  1. 缺省是32位十进制表示：直接写​​100​​，Verilog理解为​​32d100​​
  2. 二进制数每4位数可以加下划线增加可读性：​​16b1001_1010_1010_1001 = 16h9AA9​​

3. 标识符

  1. 用于定义模块名、端口名、信号名
  2. 标识的第一位必须是字母或下划线
  3. 大小写敏感
  4. 可是任意一组以下符号的组合
  • 数字（不能做第一位）
  • 字母
  • ​​$​​符号（不能做第一位）
  • ​​_​​下划线
  1. 良好的命名规范
  • 不要大小写混用
  • 普通内部信号最好全部小写
  • 信号名应当简洁、清晰、易懂
  1. 示例：
  • 用有意义的词：​​sum​​、​​cpu_addr​​等
  • 用下线区分词：​​cpu_addr​​
  • 采用一些前缀后缀：​​clk_50​​、​​clk_cpu​​

二、数据类型

  1. 三种基本数据类型
  1. 变量数据类型（共5种）：reg、integer、time、real、realtime…
  2. 线网数据类型（共11种）：wire、tiror、trireg、tri、wand、tril、wor…
  3. 参数数据类型：parameter…
  1. Verilog允许定义各个类型的数组
  2. 真正在数字电路中起作用的是寄存器类型和线网类型（可以映射到实际的数字电路）

1. reg和wire类型

（1）reg寄存器类型

  • 寄存器表示一个抽象的数据存储单元，通过赋值语句可以改变寄存器存储的值
  • 关键字：​​reg​​
reg[31:0] delay_cnt;  //delay_cnt是一个位宽32位的寄存器，注意高位写前面
 reg key_reg;     //key_reg是一个位宽为1的寄存器
  • 默认初始值：​​X​​
  • reg类型的数据只能在​​always​​和​​initial​​块中被赋值
  • reg类型的物理意义：
  • 如果此过程语句描述的是时序逻辑，即​​always​​语句带时钟信号，则此寄存器对应触发器
  • 如果此过程语句描述的是组合逻辑，即​​always​​语句不带时钟信号，则此寄存器对应硬件连线

（2）wire线网类型

  • 线网数据表示结构实体（如门）之间的物理连线
  • 关键字：​​wire​​、​​tri​​，常用​​wire​​型
wire key_flag;      //1位位宽
  wire [1:0]my_flag;    //2位位宽
  • 线网的数据不能存储值，它的值是由驱动它的元件决定的；如果没有驱动原件连接到线网类型变量上，则此变量是高阻的，即值为：​​z​​
  • 可以驱动线网类型变量的元件
  • 门
  • 连续的赋值语句
  • assign语句

（3）reg和wire的区别

  • 类型区别
  • reg是一种变量类型（和integer、time类型并列）
  • wire是一种线网类型（和wand、tir类型并列）
  • 赋值
  • reg只能在initial和always块中赋值
  • wire只能通过连续赋值语句assign或通过模块输入输出端口赋值
  • 初始值
  • reg初始值为​​x​​（未知）
  • wire初始值为​​z​​（高阻）
  • 强度值
  • reg不能被赋予强度值
  • wire可以被赋予强度值

2. integer类型

  • 整形变量包含一个整数值，可以作为普通变量使用，通常用于高层次行为建模
  • 支持有符号数，算数运算结果以2的补码表示
  • integer数至少有32位，具体实现时可以提供更多位
  • 定义
  • 格式​​integer a1,a2,a3..,an[msb:lsb]​​
  • 示例
integer a,b,c;    //3个整型变量
integer d[3:6];   //1个整型变量数组
  • 直接定义的​​interger a​​，a也可以当作数组访问。如​​a[6]​​之类的访问是合法的
  • 整型和位向量的转换
//整型->位向量
  reg [31:0] sel_reg;
  integer sel_int;
  
  sel_reg = sel_int;
  
  //位向量->整型
  integer j;
  reg[3:0] bcq;
  
  j = 6;    //j = 32b0000...0110
  bcq = j;  //bcq的值为4b0110
  
  bcq = 4‘0101; 
  j = bcq;  //j = 32b0000...0101
  
  j = -6;   //j = 32b1111...11010
  bcq = j;  //bcq = 4b1010
  • 转换赋值总是从最右边的位开始，到最左边的位结束，多余的位被截断

3. parameter类型

  • 参数其实就是一个常量
  • 关键字：​​parameter​​

FPGA/verilog

  • 可以一次定义多个参数，之间用​​，​​分隔
  • 每个参数定义的右边必须是一个常量表达式
  • 常见用途
  • 定义状态机的状态
  • 定义数据位宽（比如​​wire [len:0] flag;​​​ 这里的​​len​​就可以定义位成参数变量，方便修改）
  • 定义延时的大小
  • 采用标识符来代表一个常量可以提升程序的可维护性和可读性
  • 在模块调用时，可以用参数传递来改变被调用模块中已定义的参数

三、运算符

1. 运算符优先级

FPGA/verilog

2. 算术运算符

FPGA/verilog

  • 注意​​a/b​​会截断舍去小数

3. 关系运算符

FPGA/verilog

4. 逻辑运算符

FPGA/verilog

5. 条件运算符

FPGA/verilog

  • ​​result = (a>=b)?a:b;​​

6. 位运算符

FPGA/verilog

  • 如果位宽不一致，会先给短的数据高位补零，使二者位宽一致后再运算

7. 移位运算符

FPGA/verilog

  • 都是用0补移出来的空位
  • 左移时，位宽增加；右移时，位宽不变
  • ​​4b1001 << 2 == 6b100100​​​为真
    ​​​4b1001 >> 1 == 4b0100​​为真

8. 位拼接运算符

FPGA/verilog

  • ​​c = a,b[3:0]; //拼接a和b的低四位作为c信号，a的部分在高位，b的部分在低位​​


以上是关于FPGA/verilog 学习笔记—— Verilog基础语法的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

FPGA：Verilog HDL程序的基本结构

FPGA verilog 小问题求解

基于 FPGA verilog 的 Ethercat 主站工程代码

实现FPGA Verilog HDL与NIOS II的通信数据交换——利用AVALON总线

[FPGA]Verilog 60s秒表计时器（最大可计时间长达9min）

FPGA Verilog HDL 系列实例--------步进电机驱动控制