门级建模

Posted 2020-08-13

学习目标

学习Verilog提供的门级原语

理解门的实例引用、门的符号以及and/or，buf/not类型的门的真值表

学习如何根据电路的罗技图来生成Verilog描述

讲述门级设计中的上升、下降和关断延迟

解释门级设计中的最小、最大和典型延迟

 1.门的类型

1.1与门（and）和或门（or）

具有一个标量输出端和多个标量输入端。端口列表中的第一个端口必定是输出端口，其后为输入端

可以使用的属于与/或门类的其他门的术语包括：

and（与门） or（或门） xor（异或门） nand（与非门） nor（或非门） xnor（同或门）

 

 

wire OUT,IN1,IN2;
//基本门的实例引用
and a1(OUT,IN1,IN2);
nand na1(OUT,IN1,IN2);
or or1(OUT,IN1,IN2);
nor nor1(OUT,IN1,IN2);
xnor nx1(OUT,IN1,IN2);

//输入端超过两个，三输入端的与非门
nand na1_3inp(OUT,IN1,IN2,IN3);

//实例引用门时，不给实例命名
and(OUT,IN1,IN2);//合法的门实例引用

 

基本门的真值表

and	0	1	x	z
0	0	0	0	0
1	0	1	x	x
x	0	x	x	x
z	0	x	x	x

 

nand	0	1	x	z
0	1	1	1	1
1	1	0	x	x
x	1	x	x	x
z	1	x	x	x

 

or	0	1	x	z
0	0	1	x	x
1	1	1	1	1
x	x	1	x	x
z	x	1	x	x

 

nor	0	1	x	z
0	1	0	x	x
1	0	0	0	0
x	x	0	x	x
z	x	0	x	x

 

xor	0	1	x	z
0	0	1	x	x
1	1	0	x	x
x	x	x	x	x
z	x	x	x	x

 

xnor	0	1	x	z
0	1	0	x	x
1	0	1	x	x
x	x	x	x	x
z	x	x	x	x

1.2缓冲器/非门

buf/not门具有一个标量输入和多个标量输出。

 缓冲门（buf）/非门（not）

输入端口必须是在实例端口列表的最后一个。

//基本门的实例引用
buf b1(OUT1,IN);
not n1(OUT1,IN);

//输出端多余两个
buf b1_2out(OUT1,OUT2,IN);

//实例引用门时，不给实例命名
not (OUT1,IN );//合法的门实例引用
    

 真值表

buf	in	out
	0	0
	1	1
	x	x
	z	z

 

not	in	out
	0	1
	1	0
	x	x
	z	x

带控制端的缓冲器/非门（bufif/notif）

Verilog提供了其他4个带有控制信号端口的buf/not门

bufif1 bufif0 notif1 notif0

真值表

		ctrl
	bufif1	0	1	x	z
in	0	z	0	L	L
	1	z	1	H	H
	x	z	x	x	x
	z	z	x	x	x

 

		ctrl
	bufif0	0	1	x	z
in	0	0	z	L	L
	1	1	z	H	H
	x	x	z	x	x
	z	x	z	x	x

 

		ctrl
	notif1	0	1	x	z
in	0	z	1	H	H
	1	z	0	L	L
	x	z	x	x	x
	z	z	x	x	x

 

		ctrl
	notif0	0	1	x	z
in	0	1	z	H	H
	1	0	z	L	L
	x	x	z	x	x
	z	x	z	x	x

2.门延迟

2.1上升、下降、关断延迟

上升延迟

门的输出从0，x，z变化为1所需的时间称为上升延迟。

下降延迟

门的输出从1,x,z变化为0所需的时间

关断延迟

关断延迟是指门的输出从0,1，x变化为z所需的时间

PS如果值变化到不确定值x，则所需的时间可以看成是以上三种延迟值中最小的那个。

延迟值说明的类型

//以下三种延迟都等于delay_time所表示的延迟时间
and #(delay_time) a1(out,i1,i2);

//说明上升延迟和下降延迟
and #(rise_val,fall_val) a2(out,i1,i2);

//说明上升延迟，下降延迟和关断延迟
bufif0 #(rise_val,fall_val, turnoff_val) b1(out,in,control);

2.2最小/典型/最大延迟

//一个延迟
//若最小延迟=4
//若典型延迟=5
//若最大延迟=6
and #(4:5:6) a1(out,i1,i2);

//两个延迟
//若最小延迟，上升延迟=3，下降延迟=5，关断延迟=min(3,5)
//若典型延迟，上升延迟=4，下降延迟=6，关断延迟=min(4,6)
//若最小延迟，上升延迟=5，下降延迟=7，关断延迟=min(5,7)
and #(3:4:5,5:6:7) a2(out,i1,i2);

//三个延迟
//若最小延迟，上升延迟=2，下降延迟=3，关断延迟=4
//若最小延迟，上升延迟=3，下降延迟=4，关断延迟=5
//若最小延迟，上升延迟=4，下降延迟=5，关断延迟=6
and #(2:3:4,3:4:5,4:5:6) a3(out,i1,i2);

//启动仿真器，使用最大延迟进行仿真
>verilog test.v +maxdelays

//启动仿真器，使用最小延迟进行仿真
>verilog test.v +mindelays

//启动仿真器，使用典型延迟进行仿真
>verilog test.v +typedelays