Verilog教程
这个教程写的很好,可以多看看。本篇还没整理完。
一、Verilog简介
什么是FPGA?一种可通过编程来修改其逻辑功能的数字集成电路(芯片)
与单片机的区别?对单片机编程并不改变其地电路的内部结构,只是根据要求实现的功能来编写运行的程序(指令)。举例:单片机就两个uart,但是我想用4个uart,单片机就没办法了。
什么是HDL?(hardware description language)硬件描述语言,用于描述数字电路结构和功能的语言。
Verilog和C的区别?Verilog是硬件描述语言,在编译下载到FPGA之后,会生成电路,所以Verilog是并行运行的。C语言是软件编程语言,编译下载到单片机之后,是存储器中的一组指令。而单片机处理软件指令需要取指、译码、执行,这个过程是串行执行的。
二、Verilog基础语法
2.1基础知识
2.1.1逻辑值
0:低电平,GND。
1:高电平,VCC。
X:未知,高或低。
Z:高阻态,外部没有激励信号,是一个悬空状态。
2.1.2数字进制格式
二进制(b)、八进制(o)、十进制(d)、十六进制(h)
2.1.3标识符
用于定义模块名、端口名、信号名。
字母、数字、$符号、_下划线。第一个字符必须是字母或者下划线。
严格区分大小写。
不建议大小写混合使用。
普通内部信号建议全部小写。
2.2数据类型
2.2.1寄存器类型reg
数据存储单元,默认初始值是不定值x。未写位宽的时候默认32位。
reg类型数据只能在always和initial中赋值。
如果该过程语句描述的是时序逻辑,即always语句带有时钟信号,则该寄存器变量对应为触发器。
如果该过程语句描述的是组合逻辑,即always语句不带有时钟信号,则该寄存器变量对应为硬件连线。
2.2.2线网类型wire、tri
线网类型便是结构实体之间的物理连线。不能存储值,它的值由驱动的元件所决定。
驱动线网类型变量的元件有门、连续赋值语句、assign等。
如果没有驱动元件连接到线网类型的变量上,则该变量就是高阻态。
2.2.3参数类型parameter
常量,类似#define。可以一次定义多个参数,参数与参数之间需要用逗号隔开。每个参数定义的右边必须是一个常数表达式。
#
1.参数的传递
模块定义的时候传入参数,模块实例化的时候传入参数。
2.时序仿真中的延时
//延时2.5个时间单位后执行sys_clk_i信号的翻转
always #2.5 sys_clk_i = ~sys_clk_i;
2.3运算符
算数运算符:+、-、*、/、%
关系运算符:>、<、<=、>=、==、!=
逻辑运算符:!、&&、||
条件操作符:?:
位运算符:~、&、|、^
移位运算符:<<、>>;注意:左移位宽要增加、右移位宽不变。
拼接运算符:{}。{a,b[3:0]}
2.3.1优先级
2.4编译指令
1.`define, `undef
2.`include
3.`timescale
用于定义时延、仿真的单位和精度
`timescale time_unit / time_precision
- time_unit 表示时间单位,time_precision 表示时间精度,
- 单位 s(秒),ms(毫秒),us(微妙),ns(纳秒),ps(皮秒)和 fs(飞秒)。
- 时间单位≥时间精度。
- 编译过程中,`timescale会影响后面的模块中的时延值。直到遇到另一个`timescale或者`resetall。
- 没有默认的`timescale,没有指定的情况下,会继承前面编译模块的`timescale参数,可能导致设计出错。
- 一个设计多个模块都有`timescale时,时延单位不受影响,但是时延精度会换算成最小时延精度。
- 如果有并行子模块,子模块间的 `timescale 并不会相互影响。
- 时间精度设置是会影响仿真时间的。时间精度越小,仿真时占用内存越多,实际使用的仿真时间就越长。所以如果没有必要,应尽量将时间精度设置的大一些。
- 如果延时时间的最小位数小于时间精度,将会四舍五入。例如时间单位为10ns,精度为1ns,#1.04表示延时1.04个时间单位=1.04x10ns=10.4ns,但精度无法表示0.1ns,#1.04≈10ns
4.`default_nettype
5.`resetall
6.`celldefine, `endcelldefine
7.`unconnected_drive, `nounconnected_drive
三、程序框架
3.1Verilog注释
//、/**/、
3.2Verilog关键字
3.3Verilog程序框架
模块的结构
一个模块由两部分组成:一部分描述接口,一部分描述逻辑功能。
端口定义、IO说明、内部信号声明、功能定义。
模块的调用
四、高级知识点
4.1结构语句
1. initial
只执行一次。
常用于测试文件的编写,用来产生仿真测试信号(激励信号),或者用于对存储器变量赋初值。
2. always
一直不断地重复活动。
但是只有和一定的时间控制结合在一起才有作用。
always时间控制可以是沿触发或者电平触发。敏感列表。
沿触发:
多个信号中间要用or连接。(posedge,negedge)
电平触发:(*)
4.2赋值语句
1.阻塞赋值(与C语言一样)
b = a;
描述组合逻辑时,用阻塞赋值。
2.非阻塞赋值(并行同时赋值)
b <= a;
只能用于对寄存器类型的变量进行赋值,只能用于initial和always中。
描述时序逻辑时,用非阻塞赋值。
注意:在同一个always块中不要既用非阻塞赋值又要阻塞赋值,不允许在多个always块中对同一个变量进行赋值。
组合逻辑
任意时刻输出仅仅取决于该时刻的输入,与电路原来的状态无关。
时序逻辑
任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号,而且还取决于电路原来的状态。或者说还与之前的输入有关,因此时序逻辑必须具备记忆功能。
4.3条件语句
条件语句必须在过程块(initial、always)中使用。
if-else
0,x,z按假处理。
if和else后面可以用begin end包含多个语句。
case
位宽必须相等。
casez,不用考虑表达式中的高阻值。
casex,不用考虑高阻值z和不定值x。
4.4函数
4.5任务
- 任务的输入输出可以没有或者多个,且端口声明可以为 inout 型。
- 不能出现initial和always过程块。但可以包含其他时序控制,如延时语句。
- 任务可以调用函数和任务。
- 任务可以作为一条单独的语句出现语句块中。
4.5.1 任务声明
任务在模块中任意位置定义,并在模块内任意位置引用,作用范围也局限于此模块。
模块内子程序出现下面任意一个条件时,则必须使用任务而不能使用函数。
- 1)子程序中包含时序控制逻辑,例如延迟,事件控制等
- 2)没有输入变量
- 3)没有输出或输出端的数量大于 1
对 output 信号赋值时也不要用关键字 assign。为避免时序错乱,建议 output 信号采用阻塞赋值。
task task_id ;port_declaration ;procedural_statement ;
endtask
task xor_oper_iner(input [N-1:0] numa,input [N-1:0] numb,output [N-1:0] numco ) ; #3 numco = numa ^ numb ;
endtask
4.5.2 任务调用
task_id(input1, input2, …,outpu1, output2, …);
输入端连接的模块内信号可以是 wire 型,也可以是 reg 型。输出端连接的模块内信号要求一定是 reg 型。
4.6状态机
4.6.1状态机概念FSM
在有限个状态之间按一定规律转换的时序电路
4.6.2状态机模型
状态寄存器由一组触发器组成,用来记忆状态机当前所处的状态,状态的改变只发生在时钟的跳变沿。
4.6.3状态机设计
状态空间定义
状态跳转(时序逻辑)
下个状态判断(组合逻辑)
各个状态下的动作