Verilog HDL的程序结构及其描述

Posted 2020-09-30 IC_learner

　　这篇博文是写给要入门Verilog HDL及其初学者的，也算是我对Verilog  HDL学习的一个总结，主要是Verilog HDL的程序结构及其描述，如果有错，欢迎评论指出。

一、Verilog HDL的程序结构

　　首先我们不开始讲Verilog HDL的语法，我们从Verilog HDL的程序结构出发。相信大家都看过芯片吧，它有个名字，有个外壳，外壳向外伸出有引脚（BGA封装的那种请不要乱搅和...），然后芯片它可以实现一定的功能。

　　Ok,知道这些之后，我们就来看看Verilog HDL的描述数字电路的程序结构吧。

在解释结构的时候，我拿芯片设计这个例子来打一个不恰当的比方。

 

VerilogHDL程序的大致结构就是这么一个形式，每一个模块的结构都是一致的只不过语句之间存在一些差别，每一部分的具体描述将在后面进行。

 

二、verilog程序结构的简单描述

　　OK，现在让我们现在开始了解一下一些语法和注意事项（注意，我这里不会把语法讲得很细很细，我主要是描述一些（我，或者初学者）易忘的，关键的语法和知识点），描述的顺序不一定按照上面的各个部分哟，我们先描述一些VerilogHDL程序必须的。

首先是模块说明：

　　module  和 endmodule ，这两个关键词成对出现，一般的内容都会囊括在这两个两个关键词之间。一个verilog（.v）文件可以有多个module ...endmodule，但是为了方便管理，建议只实现一个。

　　此外无论是能够综合成电路的verilog程序还是只是仿真的程序，都需要以模块的形式给出。

 

模块名：

　　①模块名的定义要符合标识符的定义，至于什么是标识符，以后会说的。此外也要注意书写的规范性。

 

端口说明：

　　①端口可以比方成芯片的输入输入管脚，它只有三种类型：输入，输出，双向；

　　②端口有一些附加属性，如数据类型、符号特性、位宽等；input端口只能是线网类型，output可以是寄存器类型也可以是线网类型，inout也只能是线网类型。至于线网类型和寄存器类型，在以后的数据类型中会介绍。

　　③当端口是总线类型时，可以简单地理解为端口有多位时，对应于同时描述芯片的多个管脚时，可以给端口加上位宽。即input wire  [M:N]  a;如果M>N，则为降序,a[M]为最高位，位宽为M-N+1位；如果M<N，则最高位位a[N]位，位宽位N-M+1位；

　　④端口的属性声明顺序可以是：

　　　　端口的输入输出   数据类型   有无符号   位宽   端口名称 ；

　　　　如:output  reg  signed  [7:0] a;

　　注：数据类型没有写则默认为wire 型，有无符号没有写默认为无符号型；位宽没有写默认为1bit 。

　　⑤当书写完端口声明是，括号后面的‘;’千万不要忘记。

 

程序主体：

　　①前面我们提及到verilog的描述层次中有一个结构化描述，结构化的描述就是一点一点地例化（子模块、单元门）来实现系统/设计的功能。程序的主体可以是只例化一些门单元，但是verilog的这种纯结构化方式的显然是无法满足现代设计要求的，因此纯结构化方式已经被遗弃。

　　②程序的主体可以是行为描述，也就是通过一些verilog的行为语句来实现设计的要求/功能。行为描述主要有：控制流描述，过程描述，块语句，时序控制等。对于行为描述，有可综合的，有不可综合的，可综合的行为描述语句/语法就可以认为是RTL级描述时用到的，而不可综合的行为描述语句/语法可以认为是仿真/建模时用到的。

　　③下面大概说一下行为描述情况，也就是行为描述中无论是可综合还是不可综合都可以使用的情况，具体的可综合和不可综合的行为级描述语法在后面会描述。

控制流描述：以assign关键字开头的语句描述称为控制流描述，主要用来实现一些简单的组合逻辑。

块语句：包含在关键字begin...end 、fork ...join之间的语句称为块语句。

过程描述：由initial模块、always模块、function模块、task模块这四个模块实现的过程。

时序控制：延时控制、敏感信号控制语句等

　　④块语句可以有一个名字，写在begin/fork后面（如beign:adder_disc ）,给它一个名字有什么好处呢？好处有两个，一个是可以在块内部定义寄存器变量（注意哦，只能寄存器变量，这个寄存器变量在块内部使用），另外一个就是可以用disable这个关键字来中断语句块的执行（具体怎么弄，请参看其他书籍，这里不详述）

　　⑤begin...end内的语句是串行的，这是从语法的结果上讲的，但是它是可以综合的，综合出来的实际电路是并行的，也就是实际电路中，各条语句之间并不全是串行的，这里需要建立一个概念，方便讲解以后的阻塞赋值和非阻塞赋值。而fork...join 内的语句是同时进行的，然而这是不可综合的。

　　⑥一个程序的主体中可以有多个initial模块、always模块、function模块、task模块。Function模块和task模块以后介绍。多个Initial模块、always模块之间是并行的，但是initial只执行一次，而always是反复执行。

　　initial一般是不可综合的，用在仿真当中；在进行仿真时，通常被用来描述测试模块的初始化、监视、波形生成等功能。

　　always用在可综合的描述当中，一般情况下由敏感列表触发（至于什么是敏感列表，敏感列表怎么用，请参考其他书籍，我后面也会做一些记载），也就是用在描述RTL级的描述当中，通常被用来对硬件的功能进行描述，可以实现组合逻辑和实现逻辑的功能。

　　上面没有给出initial格式和always格式只是提了一下简单应用。

　　⑦程序的主体大多可以由结构描述和行为描述构成

 

 

模块的例化：

　　①模块的例化主要是为实现总体的功能，比如说我要设计一块芯片，这个芯片的某个功能可以有某个芯片来完成，那我就可以调用这个芯片，例化就是调用这么一个概念。

　　②例化可以使用位置映射，也可使用名称映射，由于位置映射可读性太差，容易出错，所有建议使用名称映射。下面是名称映射的格式：

被调用（例化）的模块名字     自定义的例化模块名（
　　.被调用（例化）模块的端口名   　　（本模块中的线网变量名），
　　...

　　.被调用（例化）模块的端口名   　　（本模块中的线网变量名）
）；

　　③悬空处理：

　　在模块例化时，如果被例化的模块输入管脚悬空，则该输入为高阻Z，相当于与外界隔绝，但是实际电路中...

　　如果将输出管脚悬空，则该输出管脚将被废弃掉。

　　④不同端口位宽处理

　　当模块例化端口和被例化的端口位宽不同时，端口通过无符号数的右对齐截断方式进行匹配。举个例子说：

 　　　　　　　　

 

 

 

参数定义与映射：

　　①参数定义就是parameter 那一部分了，也就是可以用一个标识符表示一个固定的参数，当然`define这种宏定义也可以实现这种功能，这样子提高程序的可维护性和可读性。

使用`define时语法为：`define  A  2\'b10 或者`define A 2.
　　一般把`define宏定义语句放在模块最前面，并且要注意，无论是在子模块还是顶层模块中，A 的值都代表2（调用时为 `A）（全局参数）。
使用parameter定义的语法为 parameter  A = 2或者parameter A= 2’d2；
一般放在模块名字和模块端口列表之间：模块名 #(parameter A = XX，.....)(端口列表);使用parameter定义的参数只在当前模块中有用（局部参数)

localparam定义时，上层模块不能调用传递参数。

　　②参数传递：

参数传递就是在编译或者仿真的时候，进行维护时，对参数空闲重新复制而更改其值。传递的参数是子模块中定义的parameter，传递的方法有两种：

　　（1）使用’#’符号：在同一模块中使用’#’符号，参数赋值顺序必须与原始模块定义的顺序相同，并不是一定要给所以的参数赋值，但是不允许跳过任何一个参数，即使是保持不变的值也要写在相应的位置。说了这么一大坨，还是举个例子吧：

 　　　　　　　　　　

这样子，A_WITH就是x1,B_WITH不改变，但是要写在相应的位置。

　　（2）使用defparam关键字

直接上格式：