verilog_hdl教程

verilog教程Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字系统的行为和结构。

它是一种流行的HDL，广泛用于硬件设计和验证领域。

本教程将介绍Verilog的基本概念和语法，以帮助初学者入门。

一、Verilog的基本概念1.1 什么是VerilogVerilog是一种描述数字系统的语言，它可以用来描述硬件电路、验证设计的正确性以及进行电路仿真。

1.2 Verilog的应用领域Verilog广泛应用于硬件设计和验证领域，包括用于开发ASIC（应用特定集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）以及其他数字系统的设计。

1.3 Verilog的版本Verilog有多个版本，包括Verilog-1995、Verilog-2001以及最新的Verilog-2005、这些版本之间有一些语法和功能上的差异。

二、Verilog的语法结构2.1模块和端口在Verilog中，所有的电路描述都是由模块（module）组成的。

模块是电路的基本组成单元，可以看作是一个黑盒子，它接受一些输入，产生一些输出。

2.2信号声明在Verilog中，我们需要声明所有的输入和输出信号。

可以使用`input`和`output`关键字来声明这些信号。

2.3电路实现Verilog允许使用多种语句和结构来描述电路的行为和结构。

这些语句包括顺序语句、条件语句、循环语句以及层次结构。

2.4实例化模块在一个模块中，我们可以实例化其他的模块。

这样可以将一个大的电路拆分成多个小的模块，方便编写和测试。

三、Verilog的仿真和验证3.1静态验证Verilog语言本身提供了很多语法和语义层面的验证功能，对于语法和类型错误会有相应的提示。

3.2激励设计在进行电路验证时，我们需要为输入信号提供激励。

Verilog提供了一种称为`testbench`的特殊模块，用于生成输入信号并将其应用到待验证的电路中。

3.3波形仿真在Verilog中，我们可以使用仿真器来模拟电路的行为，并生成波形图来验证电路是否按预期工作。

2.1.6 自顶向下的设计实例
例2.3 脉动进位计数器顶层模块
例2.4 触发器T_FF 例ຫໍສະໝຸດ .5 带异步复位的D触发器 D_FF
例2.6 激励模块
激励信号和波形输出
2.1.7 小结
用于数字电路设计的两种方法：自顶向下方法和自底向上
方法。在当今的数字电路设计中，这两种方法经常组合使 用。随着设计复杂性的增加，使用这些结构化的方法来进 行设计管理变得越来越重要。 模块是Verilog中的基本功能单元。模块通过调用（实例引 用）来使用，模块的每个实例都被惟一标识，以区别于同 一模块的其他实例。每个实例都拥有其模板模块的不同副 本。读者需要将模块和模块实例区别开来。 仿真有两个不同的组成部分：设计块和激励块，激励块用 于测试设计块。激励块通常是顶层模块。对设计块施加激 励有两种不同的模式。 以脉动进位计数器为例，一步步地解释了为各个部分创建 仿真的过程。
说明为向量，则默认线网的位宽为1。线网的默认值为 z（trireg类型的线网例外，其默认值为x）。线网的值 由其驱动源确定，如果没有驱动源，则线网的值为z。
2.2.2.3 寄存器(reg,integer,real,time)
寄存器用来表示存储元件，它保持原有的数值，直到被
改写。寄存器数据类型一般通过使用关键字reg来声明， 默认值为x。例3.1给出了如何使用寄存器的例子。 例3.1 寄存器的声明和使用
一个模块的示例
Verilog HDL的四种描述方式
行为或算法级：Verilog所支持的最高抽象层次。设计者只
注重其实现的算法，而不关心其具体的硬件实现细节。在 这个层次上进行的设计与C语言编程非常类似。 数据流级：通过说明数据的流程对模块进行描述。设计者 关心的是数据如何在各个寄存器之间流动，以及如何处理 这些数据。 门级：从组成电路的逻辑门及其相互之间的互连关系的角 度来设计模块。这个层次的设计类似于使用门级逻辑简图 来完成设计。 开关级：Verilog所支持的最低抽象层次。通过使用开关、 存储节点及其互连关系来设计模块。在这个层次进行设计 需要了解开关级的实现细节。

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1.3复杂数字系统的设计方法
1.3.1 复杂数字逻辑系统
• 嵌入式微处理机系统
• 数字信号处理系统 • 高速并行计算逻辑
• 高速通信协议电路
• 高速编码/解码、加密/解密电路 • 复杂的多功能智能接口
• 门逻辑总数超过几万门达到几百甚至达几千万门的数
字系统
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1990 Verilog HDL 公开发表
1995 Verilog IEEE1364 标准公开发表
1990有关Verilog HDL的 全部权利都移交给OVI(Open Verilog International)组织
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1.2.3 Verilog HDL的优点
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例2-2b 4选1多路选择器
module mux4_to_1 (out, i0, i1, i2, i3, s1, s0); output out; input i0, i1, i2, i3; input s1, s0; wire s1n, s0n; wire y0, y1, y2, y3; not not0(s1n, s1); not not1(s0n, s0); and and0(y0, i0, s1n, s0n); and and1(y1, i1, s1n, s0); and and2(y2, i2, s1, s0n); and and3(y3, i3, s1, s0); or or0(out, y0, y1, y2, y3); endmodule
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路网表。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
波形图输入方法则是将待设计的电路看成是一个黑盒子，
只需告诉EDA工具该黑盒子电路的输入和输出时序波形图，
EDA工具就可以完成黑盒子电路的设计。 原理图输入方法是一种类似于传统电子设计方法的原理 图编辑输入方式，即在EDA软件的图形编辑界面上绘制能完 成特定功能的电路原理图。原理图由逻辑器件(符号)和连接
理图和信号的连接表，如果是一个大的系统，将是一大摞图
纸，以后系统若出现问题，查找、修改起来都很麻烦。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
上述过程是从底层开始，或在已有的功能模块的基础上 来搭建高层次的模块直至整个系统的。因此这种传统的电子 系统的设计过程是一种自底向上(Bottom-Up)的设计，设计 过程必须从存在的基本单元模块出发，基本单元模块必须是 已经设计成熟的标准单元模块或其他项目已开发好的单元模 块。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
本书所有设计最终的实现目标主要定位于FPGA，因此下
面重点介绍FPGA的开发流程。FPGA的EDA开发流程如图1-3
所示。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
图1-3 FPGA的EDA开发流程
第1章 Verilog HDL数字设计综述
从图1-3可以看出，FPGA的开发流程与图1-2所示的用 EDA工具设计数字系统的流程基本相同，都需要设计输入、 功能仿真、逻辑综合、布局布线(适配)、时序仿真、物理实 现等几个步骤。下面将分别介绍主要设计模块的功能特点。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
1. 设计输入 在EDA软件平台上开发FPGA/CPLD时，首先要将电路系 统以一定的表达方式输入计算机。通常，EDA工具的设计输 入可分为以下两种类型：