零基础入门 Verilog VHDL:在线仿真与 FPGA 实战全流程指南

摘要
本文面向零基础读者,全面详解 Verilog 与 VHDL 两大主流硬件描述语言(HDL)的核心概念、典型用法及开发流程。文章在浅显易懂的语言下,配合多组可在线验证的示例代码、PlantUML 电路结构图,让你在 EDA Playground 上动手体验数字电路设计与仿真,并深入了解从 HDL 编写到 FPGA 板级验证的完整流程。

 


目录

  1. HDL 简介

  2. Verilog 入门

    • 2.1 语法结构

    • 2.2 数据类型与常用运算

    • 2.3 并行与时序语句

  3. Verilog 实例演练

    • 3.1 2:1 多路选择器

    • 3.2 4:1 解码器

    • 3.3 8 位二进制计数器

    • 3.4 状态机:简易流水灯

  4. VHDL 入门

    • 4.1 基本语法

    • 4.2 类型系统

    • 4.3 过程语句与并行块

  5. VHDL 实例演练

    • 5.1 D 触发器

    • 5.2 同步二进制计数器

    • 5.3 移位寄存器

    • 5.4 UART 接收模块雏形

  6. 在线仿真平台:EDA Playground 使用技巧

  7. 从仿真到综合:FPGA 开发流程概览

  8. 板级验证:LED 闪烁与串口测试

  9. 高阶进阶:FSM 设计与时序约束

  10. 总结与下一步学习路线


1. HDL 简介

  • 硬件描述语言(HDL):用来描述数字电路结构与行为的“编程语言”。可用于

    • 仿真(Simulation):验证逻辑功能

    • 综合(Synthesis):生成门级网表并映射到 FPGA/ASIC

  • 主流 HDL

    • Verilog:语法简洁、接近 C 语言,社区活跃

    • VHDL:语法严谨、类型系统丰富,适合大型工程

  • 应用场景:从简单的逻辑门电路到复杂的 CPU 内核、高速接口协议,都可用 HDL 实现


2. Verilog 入门

2.1 语法结构

module 模块名 (// 端口列表input  wire clk,input  wire rst_n,input  wire [7:0] data_in,output wire [7:0] data_out
);// 内部信号reg [7:0] tmp;// 行为或结构描述always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) tmp <= 0;else        tmp <= data_in;endassign data_out = tmp;
endmodule

2.2 数据类型与常用运算

  • net 类型(wire):表示连线、用于 assign

  • reg 类型:存储元素

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