第四章 基于Xilinx芯片的Verilog进阶设计汇总

Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的数字系统建模。

被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间。

数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显式地进行时序建模。

Verilog HDL 语言具有下述描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。

所有这些都使用同一种建模语言。

此外，Verilog HDL 语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。

Verilog HDL语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。

因此，用这种语言编写的模型能够使用Verilog仿真器进行验证。

语言从C编程语言中继承了多种操作符和结构。

Verilog HDL提供了扩展的建模能力，其中许多扩展最初很难理解。

但是，Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，这对大多数建模应用来说已经足够。

当然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。

历史Verilog HDL语言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司为其模拟器产品开发的硬件建模语言。

那时它只是一种专用语言。

由于他们的模拟、仿真器产品的广泛使用，Verilog HDL 作为一种便于使用且实用的语言逐渐为众多设计者所接受。

在一次努力增加语言普及性的活动中，Verilog HDL语言于1990年被推向公众领域。

Open Verilog International （OVI）是促进Verilog发展的国际性组织。

1992年，OVI决定致力于推广Verilog OVI标准成为IEEE标准。

这一努力最后获得成功，Verilog 语言于1995年成为IEEE标准，称为IEEE Std 1364－1995。

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。

vivado工具与verilog语言的使用实验总结文章标题：深入探讨vivado工具与verilog语言的使用实验总结导言：在数字电路设计与实现的过程中，vivado工具与verilog语言的使用至关重要。

通过一系列的实验，我们能够全面地了解这两者在数字电路设计中的应用，并掌握它们的使用技巧。

本文将以从简到繁、由浅入深的方式，深入探讨vivado工具与verilog语言的使用实验总结，帮助读者全面理解这一主题。

一、vivado工具的基本介绍在数字电路设计中，vivado工具是一款由Xilinx公司推出的集成化开发环境。

它拥有丰富的功能和强大的性能，能够帮助设计者完成从设计到验证的全流程。

在实验中，我们首先对vivado工具的基本操作进行了学习，包括创建工程、添加设计文件、进行综合与实现等一系列步骤。

通过实践，我们能更加熟练地运用vivado工具进行数字电路设计。

二、verilog语言的基础知识verilog语言是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路的设计与验证。

在实验中，我们深入学习了verilog语言的基础知识，包括模块化的设计思想、信号的赋值与传输、行为级建模和结构级建模等内容。

通过对verilog语言的学习，我们能够更好地理解数字电路的工作原理，提高设计的效率和准确性。

三、vivado工具与verilog语言的综合应用在实验的进阶阶段，我们将vivado工具与verilog语言相结合，进行了一系列的综合应用实验。

通过实际的案例学习，我们掌握了如何利用vivado工具进行综合、仿真和验证，并通过verilog语言实现各种功能模块。

这些实验不仅加深了我们对vivado工具和verilog语言的理解，同时也提高了我们的综合应用能力。

总结与回顾：通过以上的实验学习，我们对vivado工具与verilog语言的使用有了更深入的了解。

vivado工具作为一款集成化开发环境，能够为数字电路设计者提供全方位的支持；而verilog语言则作为一种硬件描述语言，能够帮助设计者更加灵活地进行数字电路设计与验证。

第0篇Xilinx FPGA开发环境的配置一、配置Modelsim ISE的Xilinx的仿真库1、编译仿真库:A、先将Modelsim安装目录C=Modeltech_6.2b下面的modelsim.ini改成存档格式(取消只读模式);B、在DOS环境中，进入Xilinx的根目录，然后依次进入bin，nt目录;C、运行compxlib -s mti_se -f all -l all -oC:Modeltech_6.2bxilinx_libs。

注意:需要根据你安装的modelsim目录更改C:Modeltech_6.2b 然后就Ok了，就可以的ISE中启动Modelsim进行所有的仿真了。

2、如何在Xilinx ISE中使用Modelsim ISE，Synplify进行综合和仿真:A、打开Xilinx ISE，新建一个Project;①、在菜单File中选择“New Project”，弹出如下的对话框:②、输入Project名称，并选择好Project保存的路径，然后下一步:字串3按照上边的参数进行设置(针对于Spatan 3E的开发板)，然后单击下一步，进入到后面的界面:③、单击“New Source”按钮，并按照下面的设置来操作:④、参照下面的参数，进行设置，然后一直选择默认选项，一直到完成。

最后生成的项目界面如下图所示:B、输入代码，然后用Synplify综合:①、参考代码:entity Count iSPort(CLK :in STD_LOGIC;RESET :in STD_LOGIC;LOAD :in STD_LOGIC;DATA IN:in STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);字串9Qout :out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0));end Count;architecture Behavioral of Count issignal tmpCount:STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);beginprocess(CLK,RESET,LOAD)beginif RESET='1' thentmpCount<="0000";elseif LOAD='1' thentmpCount<=DATA_IN;elsif CLK'event and CLK='1' thentmpCount<=tmpCount+1;end if;end if;end process; 字串6Qout<=tmpCount:end Behavioral;②、双击Processes窗口里面的“Synthesize-Synplify”进行综合③、在“Transcript”窗口中的可以看到综合的信息。

共62页产品名称Xilinx 篇yyyy/mm/dd日期2001/09/15日期深圳市华为技术有限公司版权所有 不得复制修订记录内部公开请输入文档编号FPGA 设计高级技巧目 录414.3 减少关键路径的逻辑级数.............................................404.2IF 语句和Case 语句揭开逻辑级数未变速度更快ＳＲＬVirtexIIXilinx篇626.3.3 专有资源的利用................................................616.3.2 Distributed RAM 代替通道计数器...................................616.3.1 Distributed RAM 代替BlockRAM ....................................616.3 如何降低芯片面积..................................................616.2.9 迂回策略为关键路径腾挪空间进行位置约束.....................................616.2.7 关键路径单独综合.......................................616.2.5 专有资源的利用................................................616.2.4 基本设计技巧..................................................616.2.3 采用BUFGS ...................................................616.2.2 对线延时比较大的netTIG 和Multi-Cycle-Path ...................606.2 如何提高芯片速度..................................................606.1 可能成为关键路径的电路.............................................606 综合运用..............................................................605.4 TimingAnalyzer 的作用...............................................595.3 FloorPlanner 的作用..................................................595.2 FPGA Editor 的作用..................................................595.1.3 正确看待map 之后的资源占用报告..................................585.1.2 布局布线策略设计方案阶段对关键电路的处理.......................585.1 布局布线..........................................................585 如何使用后端工具.......................................................574.16 LFSR 加1计数器...................................................574.15 SRL 的使用.......................................................574.14 Block SelectRAM 的使用.............................................564.13 Distributed RAM 的使用.............................................554.12 高效利用IOB ......................................................544.11 利用LUT 四输入特点减少扇出巧妙地延时................................494.7 组合逻辑和时序逻辑分离.............................................474.6流水线................................................464.5.4 综合工具与资源共享............................................464.5.3 子表达式共享..................................................454.5.2 loop 语句......................................................444.5.1 if 语句........................................................444.5 资源共享..........................................................434.4 合并if 语句赋予关键路径最高优先级............................内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧627 感谢 (62)6.3.4 基本设计技巧..................................................表目录33表5 VirtexII 的DCM 分布表.................................................27表4 VirtexII乘法器速度表.......................................25表3 带奇偶校验位的Block RAM 配置表........................................24表2 VirtexII 的BlockRAM 分布表顶部上半部分58图65 15位基本型LFSR 计数器在VIRTEX 器件中的实现...........................57图64 采用Distributed RAM 实现多路加1计数器..................................55图63 输入输出寄存器移入IOB 中............................................55图62 VirtexE IOB 结构示意图...............................................54图61 采用三态电路实现电路选择............................................54图60 多路选择..........................................................53图59 扇出较小..........................................................53图58 扇出较大..........................................................52图57 组合逻辑在前..............................................52图56 组合逻辑在后..............................................49图55 Mealy 状态机的基本结构...............................................49图54 采用流水线之后的电路结构............................................48图53 采用流水线之前电路结构..............................................46图52 资源共享后一个加法器................................................45图51 资源共享前4个加法器................................................45图50 资源共享后2个加法器...............................................42图48 critical 信号只经过一级逻辑............................................42图47 critical 信号经过2级逻辑...............................................41图46 case 语句完成电路选择................................................40图45 if-else 完成多路选择..................................................39图44 并行加法电路.......................................................39图43 串行加法电路.......................................................39图42 超前进位..........................................................38图41 串行进位..........................................................37图40 No-read-on-write mode ................................................37图39 Write first mode ......................................................36图38 Read first mode ......................................................36图37 完整的单端口Block Select RAM .........................................35图36 门数增加但资源占用减少FPGA设计高级技巧关键词速度与面积压缩线延时腾挪空间摘 要以速度和面积为主题缩略语清单:ASICConfigurable Logic Block DCIDigital Clock ManagerDDRDelay-Locked Loop FPGAGeneral Routing MatrixIOBLinear Feedbak Shift RegisterLUTSum of Product SRLCustom Constraints File 参考资料清单:内部公开请输入文档编号FPGA 设计高级技巧时钟资源1 前言随着HDL 硬件描述语言综合工具及其它相关工具的推广连线等工作解脱开来极大地提高了工作效率有利就有弊现在越来越多的工程师不关心自己的电路实现形式我只要将功能描述正确工程师在用HDL 语言描述电路时或者非常模糊映射到芯片中又会是什么样子遇到问题容量更大的FPGA 器件更为要命的是更不了解与器件结构紧密相关的设计技巧工具不行导致问题迟迟不能解决导致开发成本急剧上升我们的设计规模越来越庞大几百万门的电路屡见不鲜我们所采用的器件工艺越来越先进而在对待深亚微米的器件上要更多地关注以前很少关注的线延时ASIC 设计以后也会如此此时设计技巧上有所提高而且从节约公司成本角度出发本文从澄清一些错误认识开始以速度和面积为主题本文对读者的技能基本要求是如加法器RAM 等熟悉基本的同步电路设计方法对FPGA 的结构有所了解2 综合工具与代码风格硬件描述语言和综合工具的产生然而一种不好的现象也在逐步蔓延只关注功能是否实现很少考虑电路到底是如何实现的如速度如果将设计看成是一个化学变化我们所掌握的背景知识才是参加化学反应的分子因此不能完全指望工具只有我们才是决定设计成败的关键一般包括如下两个过程前者是把行为级的描述通过一定的算法转化成门级的描述与用户约束无关通过算法映射到相应的工艺库中的器件上是映射到厂商的Gate 库中是映射到FPGA器件的单元结构中当设计代码的的风格不一样时对ASIC来说器件库一般也是GateÎÒÃDz»ÄÑÀí½âCode Style 对FPGA设计的重要性如下的16选1MUXÈçcase语句后者使用BUFT的描述图2 使用内部三态线描述的Mux2.2不同综合工具的性能不同综合工具的针对目标不一致和各综合工具的不同性能目前Ｄｅｓｉｇｎ　ＣｏｍｐｉｌｅｒＦＣ２Ｌｅｏｎａｒｄｏ　其中DC主要是用于ASIC的综合工具其中Leonardo 是做FPGA 综合工具的先驱Ｓｙｎｐｌｉｃｉｔｙ公司出品但无论哪家综合工具都必须紧密结合各FPGA厂家的FPGA结构从目前来看优选Synplify 或Leonardo 综合工具到目前为止如Virtex 系列的进位链目前是这样因为综合工具一直在升级因此无法得到更好的性能则可综合出来Synplicity公司的综合工具比较优秀一点不过价格太贵导致设计性能变差若想得到更好的性能但这种基于FPGA器件的代码设计FPGA设计与ASIC设计的兼容性因此要采取恰当的风格对FPGA设计而言1. 资源共享的应用限制在同一个module里综合工具才能最大限度地发挥其资源共享综合作用这样3. Critical path所在的module与其它module分别综合对其它module采用面积优先的综合策略4. 尽可能Register所有的Output¶Ô¼ÓÔ¼Êø±È½Ï·½±ãÕâ¶Ô×ۺϷdz£ÓÐÀûËÙ¶ÈË«Ó®µÄÄ¿µÄ¾ßÌå´óС6. 一个module尽量只有一个时钟更多的代码风格verilog代码书写规范3 FPGA器件结构许多工程师在做设计时不关心自己的电路是怎么实现的并且认为至于它是如何实现的这实际是轻实现其结果是在我们的设计中人为地制造了一大堆第一个设计有20~30µ±È»Èç¹û´ó¼ÒÔÚÒ»¸ö¸ßÊÖÈëÔƵĻ·¾³Ï½øÐÐѬÌÕÎÒÃÇÔÚÇ°ÃæÌáµ½¶øÇÒ¹¤¾ß±¾ÉíÒ²²»Ò»¶¨·Ç³£ÖÇÄÜÏëÒ»ÏëÄÇôËü»¹ÓÐÓÅ»¯µÄÓàµØÂðÎÊÌâ×Ü»áÔ½À´Ô½¶àÔÚÕâÖÖÇé¿öÏÂÁ˽âÎÒÃǵÄÉè¼ÆÊÇÈçºÎʵÏÖµÄÈç½øλÁ´IOB中的register等如果没有如修改代码或者是一个非常行之有效的手段只有工具与大脑完美结合主要目的是想让读者知道了解FPGA器件结构对做好FPGA设计有多么重要可参见一书3.1器件结构对Coding Style的影响3.1.1 FPGA结构Altera 的FPGA一般的结构都是由一些CLB 的宏单元组成LUT时序单元如Altera 的FPGA和Xilinx的FPGA都采用4输入的查找表Component的延时是固定的我们知道对FPGAÈçÀûÓÃÁ˶àÉÙ¼¶µÄ²éÕÒ±íÏßÑÓʱÔò·´Ó³ÔÚCLB与CLB的互连上就需要越长的互连线在FPGA中如进位链等目的是减少对CLB数目的使用如Virtex 系列中但不占用LUT的资源可以用来实现快速进位的加法器或宽输入的函数因此就应该考虑如何更好地利用FPGA器件中的这些特点或标准单元其线延时不象FPGA那样因此深亚微米级时但更多的是与门因此3.1.3 Coding Style的对比由于器件结构的不同针对ASIC和FPGAFPGA器件的设计性能很大程度依赖于Coding ¶ÔGate Array或shandard cellÉè¼ÆÒ²²»±ØÒªÇóºÜ¸ßµÄCoding 技术６６Ｍ　就很容易实现我们很少看见几十层逻辑级的设计８　级逻辑级一般只能实现到50M左右因此要达到高速和好的性能则需要好的代码风格和好的设计策略那就是提到Code Style 时往往忽略了对器件结构的了解对FPGA而言是以减少LUT的个数为主要手段不一定能提高速度和降低面积注意门数和面积不一定成正比至于为什么自然会明白可提供如下功能提供更高密度的FPGA资源ｘｃ２ｖ４０ｘｃ２ｖ１００００最高支持420M内部时钟频率和840Mb/s 的I/O支持19 种 single-ended 标准的IO 和 9种差分IO 标准VirtexII 具有XCITE 功能ＩＯＢ中集成了DDR 寄存器支持可编程的sink current在RAM上　对外RAM接口性能提高400M b/s DDR-SDRAM 接口400Mb/s FCRAM 接口333Mb/sQDR-SRAM 接口600Mb/s Sigma RAM 接口567ÔöÇ¿ÁËÒÔÍùDLL 功能１６个全局时钟8.15um 技术3.3 结构概述VirtexII 器件结构示意图如下3 VirtexII 结构示意图VirtexII 器件在结构上与Virtex 和VirtexE 是相似的但增加了一个专有乘法器结构在IOB 和CLB 中也有点不同3.3.1 CLBVirtexII 的CLB 与Virtex Family 和VirtexE Family 结构有点不一样在结构的安排上如下示意图Xilinx篇图4 VirtexII 的CLB结构示意图与以往不同的是４个Slice 按照如上图的阵列排布GRM在CLB中保证4个slice 之间快速的互联每列两个slice µ«Á½Áй²ÓÃÒ»¸öÒÆλÁ´3.3.2 SliceSlice基本元件包括Ｇ函数ＦＦＸ一般用做D触发器另外Slice中还集成了carry logicmultiplexers等元件高性能电路图5 SLICE结构示意图内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧值得大家注意的是由于设计者没有注意利用Slice中的一些高速特性或者FPGA资源实际利用率不高图6 VirtexII 的Slice 结构图VirtexII 的Slice 增加了不少的结构3.3.3 LUT每个Slice 包含两个4输入的LUT4000系列的功能也就是当做组合逻辑电路这两个功能在随后的章节会详细介绍它的4个输入G1F函数Ｆ４通过对RAM中各存储单元进行配置４输入任意组合逻辑这本身就是它原来的特点也可配置成双端口RAM1与此有关详情参见本章部分要提醒大家注意的是不管你是几输入的函数还可参见本章补充说明部分ＳＲＬ从而大大节省线延时和面积如下图所示CLB的4个Slice的的SRL16移位输出可串成一个大的移位链LUT的MC15就是移位的输出作为F函数移存器的shiftin图7 SRL的移位链在使用SRL时请注意一个Shift Registers LUT只能有一个数据输出和一个数据输入VirtexII 的Slice 增加了MUXF7MUXF5F的输出可在一个CLB中实现4选一的MUXMUXFX MUXF7ÊäÈëΪFXINA输出为FX F7或F8要看Slice 具体位置用于MUX相邻两个Slice 的MUXF5的输出Ｘ１Ｙ０两个Slice 的MUXFX可例化成MUXF6两个Slice¼´¿ÉÔÚÒ»¸öCLB中实现8选1的MUXMUXF7Òò´ËÖ»ÄÜÊÇX0Y1 这个Slice 的MUXFX可例化成MUXF7ʵÏÖ´óÓÚ8选1的MUX般工具无法直接利用该功能但通过F7可在一个CLB 中的4个Slice 实现一个16选1 的MUX用于MUX 相邻两个Slice 的F7通过MUXF8实现更宽的函数ＭＵＸＦ５ＦＦF F 图8 VirtexII 的MUXFX 连接图3.3.6 Carry Logic 和Arithmetic Logic GatesArithmetic Logic Gates 包括一个XOR 和一个MULTIAND VirtexII 的Slice 结构图与基本Slice 中的进位链结构一样数据流从下往上进位链结构如下图所示图9 进位链结构示意图下图是一个采用进位链实现3bit全加器示意图图10 使用进位链实现加法器采用进位链如下图所示图11 使用进位链级联实现高速宽函数运算由于乘法器可看成累加器使用专有进位链还可实现乘法器与以往的器件不同的是如下图所示图12 VirtexII 的两个独立进位链注意3.3.7 SOPVirtexII 的每个Slice 中有一个OR 用于把Slice 中的进位链在水平方向上级联起来灵活的SOP链内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧图13 VirtexII 的SOP 链上图中横向的ORCY连接成4输入的或门只是提供了4个attribute SRLOW前两者用于描述SR¿ØÖƵĸ´Î»ÊôÐÔ后两者用于描述在没有外部复位信号时configuration 或通过全局的GSR网络复位为0或为1´æ´¢µ¥Ôª½á¹¹ÈçÏÂʾÒâ14 FFX/FFY结构示意图上图的DY是G函数发生器输出信号Y在Slice 外部直接反馈进来的信号VirtexII 的Slice 结构示意图当配置成单端RAM时当配置成双端RAM时且是一端口可读可写一个VirtexII的CLB含4个Slice下面两图是Distributed RAM的应用例子图15 单端口32x1 RAM图16 双端口16x1 RAM3.4.2 Block RAMVirtexII 的Block RAM资源比以往的增加很多在整个VirtexII 系列中4列或6列的规律进行分布图17 VirtexII 的Block RAM 分布规律其中的N 等于该器件CLB的列数除以4±í2 VirtexII 的BlockRAM 分布表由于块RAM有18bit ÿ¸ö¶Ë¿Ú¿ÉÅä³ÉÈçϽṹ表3 带奇偶校验位的Block RAM 配置表VirtexII 的block RAM支持三种写模式ｎｅｗ　ｄａｔａ ｉｓ　ｗｒｉｔｔｅｎ　图18 Write first 模式Read first图19 Read first 模式NO CHANGE图20 No Change 模式关于Block RAM 更多的内容sp_block_mem.pdf3.5 乘法器资源VirtexII 系列提供有专门的乘法器结构ＶｉｒｔｅｘＩＩ　的乘法器资源分布图与Block RAM 的分布图一样共用4个 开关矩阵内部公开请输入文档编号FPGA 设计高级技巧图21 乘法器与Block RAM器件中乘法器位置如下图图23 乘法器块乘法器可实现高速的低工耗的乘法器速度如下表Xilinx篇表4 VirtexII 乘法器速度表3.6 IOB一般的IOB I/Obuf存储单元包括输出寄存输入三态控制线也可以不经过寄存IOB中提供5中I/O Buf IBUF输出buf OBUFT双向buf IBUFGVirtex II 的IOB 基本结构与基本的IOB一样增加了一些IO标准和DCI功能IOB的位置有较大的改变VirtexII的所有用户IO 可配成差分信号因此5个IOB共用一个开关矩阵如下示意图图24 VirtexII的IOBVirtexII的IOB与基本的IOB结构相似I/Obuf 和输入延时线DELAY构成用于实现DDRÁ½¸ö´æ´¢µ¥ÔªÍ¨¹ýDDR MUX来实现DDRÒªÇóͨ¹ýDCM来产生DDR的正反沿时钟信号图25 VirtexII 的IOB中的DDR具体的结构如下26 VirtexII 的IOB 实际结构3.6.2 Select I/OVirtexII 的Select I/O 支持的标准有所增加每个banks 提供VRN和VRP参考电压VirtexII 提供19 种signal-ended IO 标准--LVTTL, LVCMOS (3.3V, 2.5V, 1.8V, and 1.5V)--PCI-X at 133MHz, PCI (3.3V at 33MHz and 66MHz)--GTL, GTLP--HSTL (Class I, II, III, and IV)--SSTL (3.3V and 2.5V, Class I and II)--AGP-2X提供如下的差分标准VirtexII 集成了DCI功能在芯片内部提供IO管脚的特定匹配电阻简化单板设计3.7 Clock ResourceVirtexII 的时钟资源比以往增加了很多如果想要了解更多的信息Virtex³õ¸å8个分布在芯片的顶部这些时钟管脚还可以当作普通管脚使用以顶部时钟为例由开关矩阵切换出16个时钟信号线16根时钟信号线通过8个时钟MUXÓëµ×²¿µÄ8个全局时钟信号组成全芯片的16个全局时钟信号图27 VirtexII 的Clock Pads具体的结构如下图各有一个开关矩阵8个时钟信号连到顶部的开关矩阵切换出16个时钟信号连到下面的8个时钟MUX 上28 VirtexII 的时钟在VirtexII 的器件中可以保证芯片的4个区域内最多都可以获得8个全局时钟信号在安排时钟管脚时必须考虑一下图29 VirtexII 的时钟资源分布原理3.7.2 CLK MUX在VirtexII 的器件中因此全局时钟资源可由时钟管脚BUFGMUX 的结构如下顶部Xilinx篇图30 VirtexII 的BUFGMUX该BUFGMUX 可有如下几种配置即普通的全局时钟BUFͼ31 VirtexII 的BUFGBUFGCE如下结构图图32 VirtexII 的BUFGCEBUFGMUX如下结构图内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧图33 VirtexII 的BUFGCE3.7.3 DCMVirtexII 器件结构对Virtex 的DLL做了增强Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｌｏｃｋ　Ｍａｎａｇｅｒ　ＤＣＭ一般分布在芯片的底部和顶部如下画出V2250芯片的8个DCM4个在底部图34 VirtexII 250 的DCM 位置VirtexII 系列器件的DCM分布表如下表5 VirtexII 的DCM分布表VirtexII 的DCM 的符号如下35 VirtexII 的DCMDCM是对DLL的增强DLL延时锁相环通过该延时锁相环可保证DCM的输入DPS数字相移器DFS数字频率合成器DSS数字扩频本节所有内容来自个人推测3.8.1 LUT 如何配置成组合逻辑电路门数增加但资源占用减少之谜前面本文提到它的4个输入其实是RAM 的地址线它是怎么实现组合电路的呢以LUT 中的F函数为例Ｆ３F= F4F2F4F2表示非运算.or时１其它的值都是F4与门F4LUTÎÒÃÇÖ»Òª½«µØַΪ和的存储单元置为则该RAM 的功能实际就是Ｆ３与门在实际实现时111111101ͬʱF1固定接或我们可以得出结论在实际实现时都会变成4输入的组合电路对于在一个LUT 内可以实现的组合电路对LUT 而言3. 只要是在一个LUT 内实现的逻辑逻辑延时基本一样面积优化对Xilinx 而言根据上述结论如果想速度更快而不是逻辑级数则应当努力减少LUT 的个数这一点与ASIC 设计完全不一样内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧图36 门数增加但资源占用减少我们知道一个LUT 只有一个输出后面的2个三输入或门要各占用一个LUTLUT 级数是2级虽然增加了一个2输入与门也是2级它只占用2个LUTÏÔÈ»ÃÅÊýÔö¼Óµ«×ÊÔ´Õ¼ÓüõÉÙµäÐÍ°¸ÀýÎÒÃÇÖ»ÒªÕÆÎÕÁ˵¥¶Ë¿ÚRAM本节以单端口RAM 为例进行说明Xilinx篇图37 完整的单端口Block Select RAM上图是一个完整的单端口RAM结构我们这里准备讲的单端口RAM是上图中的核心部分Block MemoryËüµÄдÓÐÈýÖÖ²Ù×÷ģʽRead FirstNo Change根据其输入输出信号相位关系图38 Read first mode图39 Write first mode图40 No-read-on-write mode图中可以等价看成Distributed RAM¾-³£Óöµ½ËٶȻòÃæ»ýÎÊÌâÉè¼ÆҪôËٶȲ»Âú×ãÒªÇó»òÕßÁ½Õ߶¼²»Âú×ãÉè¼ÆÒªÇó±¾ÕÂ×ÅÖØ´ÓËٶȺÍÃæ»ý½Ç¶È³ö·¢ÒÔ»ñµÃ×î¼ÑµÄЧ¹ûÓÐЩ·½·¨ÊÇÒÔÎþÉüÃæ»ýÀ´»»È¡ËÙ¶ÈÒ²ÓÐЩ·½·¨¿Éͬʱ»ñµÃËٶȺÍÃæ»ýµÄºÃ´¦Ó¦µ±ÒÀ¾Ýʵ¼ÊÇé¿ö¶ø¶¨向关键路径要时间部分为了获得更高的速度尽量压缩线延时在非关键路径上尽量优化电路结构特别提醒本文提到的一些设计技巧可能在绝大部分情况下已经失效在一些复杂电路因此是为了让大家在遇到困难时可以尝试本文所提供的设计技巧注意本章节所举的代码都采用的是VHDL语言我们认为语言是次要的另外可参见每一个VHDL信号赋值每个信号代表一条信号线能将不同的实体连接起来下面的VHDL实例为加法器的进位链电路的两种可能的描述串行进位链-- A is the addend-- B is the augend-- C is the carry-- Cin is the carry inC0 <= (A0 and B0) or((A0 or B0) and Cin);C1 <= (A1 and B1) or((A1 or B1) and C0);图41 串行进位例并行结构c1 <= g1 or (p1 and g0) or(p1 and p0 and cin);图42 超前进位显然但面积大但面积小从其实现结构来看由于进位链是FPGA的专有资源4.1.2使用圆括号处理多个加法器控制设计结构的另一种方法是使用圆括号来定义逻辑分组例图43 串行加法电路用圆括号重新构造的加法器分组如下所示Z <= (A + B) + (C + D);图44 并行加法电路上述两种方法的在速度和面积上的区别是第一种方法但整体速度慢如果信号D 是关键路径或者ＢＤ无关第二种方法但整体速度快ＢＤ的时序要求都比较苛刻4.2IF 语句和Case 语句而Case 语句生成的逻辑是并行的IF 语句可以包含一套不同的表达式通常但占用面积较大IF-Else 结构速度较慢如果对速度没有特殊要求则可用IF-Else 语句完成编解码为了避免较大的路径延时用IF 语句实现对延时要求苛刻的路径时Critical Signal有时可以将IF 和Case 语句合用用IF-Then-Else 完成8选1多路选择器MUX6to1:process(sel,in)beginif(sel= "000") then out <= in(0); elseif(sel = "001") then out <= in(1); elseif(sel = "010") then out <= in(2); elseif(sel = "011") then out <= in(3); elseif(sel = "100") thenout <= in(4);else out <= in(5); end if;end process;内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧图45 if-else 完成多路选择下面的例子是用Case 语句完成8选1多路选择器的VHDL 实例Virtex 可以在单个CLB 中完成一个8选1的多路选择器因此例ｐｒｏｃｅｓｓ（　Ｃ，　Ｄ，　Ｅ，　Ｆ，　Ｇ，　Ｈ，　Ｉ，　Ｊ，　Ｓ　）ｂｅｇｉｎ ｃａｓｅ　Ｓ　ｉｓｗｈｅｎ　０００　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｃ；ｗｈｅｎ　００１　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｄ；ｗｈｅｎ　０１０　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｅ；ｗｈｅｎ　０１１　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｆ；ｗｈｅｎ　１００　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｇ；ｗｈｅｎ　１０１　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｈ；ｗｈｅｎ　１１０　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｉ；ｗｈｅｎ　ｏｔｈｅｒｓ　＝＞　Ｚ　＜＝　Ｊ； ｅｎｄ　ｃａｓｅ；ｅｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ；图46 case 语句完成电路选择4.3 减少关键路径的逻辑级数在FPGA 中critical pathΪÁ˱£Ö¤ÄÜÂú×ãʱ¼äÔ¼Êø¼õÉٹؼü·¾¶ÑÓʱµÄ³£Ó÷½·¨ÊǸø×î³Ùµ½´ïµÄÐźÅ×î¸ßµÄÓÅÏȼ¶ÏÂÃæµÄʵÀýÃèÊöÁËÈçºÎ¼õÉٹؼü·¾¶ÉϵÄÂß¼-¼¶ÊýÇ°ÃæÌáµ½µÄ´®Ðмӷ¨Æ÷Ò²ÊÇÒ»¸ö°¸Àý4.3.1 通过等效电路此例中critical 信号经过了2级逻辑if (clk'event and clk ='1') then内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧if (non_critical='1' and critical='1') thenout1 <= in1;elseout1 <= in2;end if;end if;图47 critical信号经过2级逻辑为了减少critical路径的逻辑级数critical信号只经过了一级逻辑图48 critical信号只经过一级逻辑注意4输入LUT特点但对ASIC而言4.3.2调整if语句中条件的先后次序设计者习惯用if语句来描述电路功能也采用有优先级概念的if语句来描述If 条件1 thenDo action1Else if 条件2 thenDo action2Else if 条件3 thenDo action3在实际情况中条件2ÔòÉÏÊöif语句无所谓谁优先是关键路径应当改成提高设计速度前面提到即便是在没有优先级的电路中例如信号置1Else if 条件2 then信号置0Else if 条件3 then信号置1Else if 条件4 then信号置0如果上述条件没有优先级我们建议合并if语句中各条件否则下面的VHDL实例说明如何使用资源共享来减少逻辑模块的数量没有资源共享时用了4个加法器完成if (...(siz = "0001")...) thencount <= count + "0001";else if (...((siz = "0010")...) thencount <= count + "0010";else if (...(siz = "0011")...) thencount <= count + "0011";else if (...(siz == "0000")...)thencount <= count + "0100";end if;利用资源共享可以节省2个加法器if (...(siz = "0000")...) thencount <= count + "0100";else if (...) thencount <= count + siz;end if;例if (select = '1') thensum<=A +B;elsesum<=C +D;end if;图49 资源共享前利用资源共享只用2个选择器和1个加法器实现if (sel ='1') thentemp1 <=A;temp2 <=B;elsetemp1 <=C;temp2 <=D;end if;sum <= temp1 + temp2;图50 资源共享后运算符占用更多的资源综合工具必须对所有的条件求值综合工具用4个加法器和一个选择器实现req²Å½¨Òé²ÉÓÃÕâÖÖ·½·¨end if;end loop;图51 资源共享前4个加法器如果信号不是关键信号这样在执行加法运算前修改代码如下for i in 0 to 3 loopif (req(i)='1') thenoffset_1 <= offset(i);end if;end loop;sum <= vsum + offset_1;图52 资源共享后一个加法器4.5.3子表达式共享一个表达式中子表达式包含2个或更多的变量应共享这些运算通过声明一个临时变量存储子表达式下面的VHDL实例描述了用相同的子表达式完成一组简单的加法运算4.5.4 综合工具与资源共享通过设置FPGA CompilerII/FPGA Express的相应选项而不需声明一个临时变量存储子表达式如下sum1 <= A + B + C;sum2 <= D + A +B;sum3 <= E + (A +B);则sum1和sum3 可共享(A +B),但与sum2不共享3. 必须在同一block中如下但与S1不可共享最好尽量自行编写共享资源代码所采用的综合工具在FPGA 阶段和转ASIC 阶段可能不同PipeliningËüµÄ»ù±¾Ë¼ÏëÊÇ°ÑÔ-À´±ØÐëÔÚÒ»¸öʱÖÓÖÜÆÚÄÚÍê³ÉµÄ²Ù×÷·Ö³É¶à¸öÖÜÆÚÍê³ÉÒò´ËÌá¸ßÁËÊý¾ÝÍÌÍÂÁ¿ËùÒÔ¶ÔFPGA 设计而言而又不耗费过多的器件资源采用流水线后必须特别考虑设计的其余部分在定义这些路径的延时约束时必须特别小心其延时为源触发器的clock-to-out 时间多级逻辑的走线延时和目的寄存器的建立时间之和采用流水线最终的结果是系统的工作频率提高了采用流水线前的电路内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧process(clk, a, b, c) begin if(clk'event and clk = '1') thena_temp <= a;b_temp <= b;c_temp <= c;end if;end process;Process(clk, a_temp, b_temp, c_temp)beginif(clk'event and clk = '1') thenout <= (a_temp * b_temp) + c_temp;end if;end process;图53 采用流水线之前电路结构例Xilinx篇c_temp2 <= c_temp1;end if;end process;process(clk, mult_temp, c_temp2)beginif(clk'event and clk = '1') thenout <= mult_temp + c_temp2;end if;end process;图54 采用流水线之后的电路结构4.7组合逻辑和时序逻辑分离包含寄存器的同步存储电路和异步组合逻辑应分别在独立的进程中完成这样在综合后面积和速度指标较高Mealy状态机的基本结构如下图所示图55 Mealy状态机的基本结构内部公开请输入文档编号FPGA设计高级技巧由图可看出当前状态寄存器和输出逻辑三部分组成当前状态寄存器为时序逻辑Mealy 机可由三个进程实现例Xilinx篇。

基于Verilog的数字电路设计与模拟数字电路设计是现代电子领域中至关重要的一部分，它涉及到数字系统中各种逻辑门、寄存器、计数器等元件的设计和实现。

而Verilog作为一种硬件描述语言，被广泛应用于数字电路设计中，能够帮助工程师们更高效地进行数字电路的建模、仿真和验证。

本文将介绍基于Verilog的数字电路设计与模拟的相关内容，包括Verilog语言基础、数字电路设计流程、常用的数字电路元件设计以及Verilog仿真工具的使用等方面。

Verilog语言基础Verilog是一种硬件描述语言（HDL），它可以描述数字系统中的行为和结构，是数字电路设计中常用的编程语言之一。

Verilog包括结构化Verilog和行为Verilog两种描述方式，结构化Verilog主要用于描述数字系统的结构，而行为Verilog则用于描述数字系统的行为。

在Verilog中，最基本的单元是模块（module），一个模块可以包含输入端口、输出端口以及内部逻辑。

示例代码star：编程语言：verilogmodule and_gate(input a, input b, output y);assign y = a & b;endmodule示例代码end上面是一个简单的AND门模块的Verilog描述，其中input表示输入端口，output表示输出端口，assign用于赋值操作。

通过这样的描述，我们可以实现各种逻辑门、寄存器、计数器等数字电路元件。

数字电路设计流程在进行数字电路设计时，通常需要遵循一定的设计流程，以确保设计的正确性和可靠性。

典型的数字电路设计流程包括需求分析、概念设计、详细设计、验证和实现等阶段。

在Verilog中，我们可以通过编写相应的代码来完成这些阶段的工作。

需求分析：明确设计的功能需求和性能指标。

概念设计：根据需求设计数字系统的整体结构和功能模块。

详细设计：对各个功能模块进行详细设计，包括内部逻辑和接口定义。

Verilog 实验报告一、实验目的本次 Verilog 实验的主要目的是通过实际编写代码和进行仿真，深入理解 Verilog 语言的基本语法、逻辑结构和时序特性，掌握数字电路的设计方法和实现过程，并能够运用Verilog 实现简单的数字逻辑功能。

二、实验环境本次实验使用的软件工具是 Xilinx Vivado 20192，硬件平台是Xilinx Artix-7 开发板。

三、实验内容（一）基本逻辑门的实现1、与门（AND Gate）使用 Verilog 语言实现一个两输入的与门。

代码如下：｀｀｀verilogmodule and_gate(input a, input b, output out)；assign out ＝ a ＆ b;endmodule｀｀｀通过编写测试激励文件对该模块进行仿真，验证其逻辑功能的正确性。

2、或门（OR Gate）同样实现一个两输入的或门，代码如下：｀｀｀verilogmodule or_gate(input a, input b, output out)；assign out ＝ a ｜ b;endmodule｀｀｀3、非门（NOT Gate）实现一个单输入的非门：｀｀｀verilogmodule not_gate(input a, output out)；assign out ＝～a;endmodule｀｀｀（二）组合逻辑电路的实现1、加法器（Adder）设计一个 4 位的加法器，代码如下：｀｀｀verilogmodule adder_4bit(input 3:0 a, input 3:0 b, output 4:0 sum)；assign sum ＝ a ＋ b;endmodule｀｀｀2、减法器（Subtractor）实现一个 4 位的减法器：｀｀｀verilogmodule subtractor_4bit(input 3:0 a, input 3:0 b, output 4:0 diff)；assign diff ＝ a b;endmodule｀｀｀（三）时序逻辑电路的实现1、计数器（Counter）设计一个 4 位的计数器，能够在时钟上升沿进行计数，代码如下：｀｀｀verilogmodule counter_4bit(input clk, output 3:0 count)；reg 3:0 count_reg;always ＠（posedge clk) begincount_reg ＜＝ count_reg ＋ 1;endassign count ＝ count_reg;endmodule｀｀｀2、移位寄存器（Shift Register）实现一个 4 位的移位寄存器，能够在时钟上升沿进行左移操作：｀｀｀verilogmodule shift_register_4bit(input clk, input rst, output 3:0 data_out)；reg 3:0 data_reg;always ＠（posedge clk or posedge rst) beginif （rst)data_reg ＜＝ 4'b0000;elsedata_reg ＜＝｛data_reg2:0, 1'b0}；endassign data_out ＝ data_reg;endmodule｀｀｀四、实验结果与分析（一）基本逻辑门的结果通过仿真，与门、或门和非门的输出结果与预期的逻辑功能完全一致，验证了代码的正确性。

Verilog基本电路设计（包括：时钟域同步、无缝切换、异步FIFO、去抖滤波））Verilog基本电路设计共包括四部分：单bit跨时钟域同步时钟无缝切换异步FIFO去抖滤波Verilog基本电路设计之一: 单bit跨时钟域同步（帖子链接：/thread-605419-1-1.html）看到坛子里不少朋友，对于基本数字电路存在这样那样的疑惑，本人决定开贴，介绍数字电路最常见的模块单元，希望给初学者带来帮助，也欢迎大佬们前来拍砖。

如果想要做数字设计，下面这些电路是一定会碰到的，也是所有大型IP，SOC设计必不可少的基础，主要包括异步信号的同步处理，同步FIFO，异步FIFO，时钟无缝切换，信号滤波debounce等等，后面会根据大家反馈情况再介绍新电路。

首先介绍异步信号的跨时钟域同步问题。

一般分为单bit的控制信号同步，以及多bit的数据信号同步。

多bit的信号同步会使用异步FIFO完成，而单bit的信号同步，又是时钟无缝切换电路以及异步FIFO电路的设计基础，这里先介绍单bit信号同步处理。

clka域下的信号signal_a，向异步的clkb域传递时，会产生亚稳态问题。

所有的亚稳态，归根结底就是setup/hold时间不满足导致。

在同一个时钟域下的信号，综合以及布线工具可以在data路径或者clock路径上插入buffer使得每一个DFF的setup/hold时间都满足；但是当signal_a在clkb域下使用时，由于clka与clkb异步，它们的相位关系不确定，那么在clkb的时钟沿到来时，无法确定signal_a此时是否处于稳定无变化状态，也即setup/hold时间无法确定，从而产生亚稳态。

这种异步信号在前后端流程里面是无法做时序分析的，也就是静态时序分析里常说的false_path。

消除亚稳态，就是采用多级DFF来采样来自另一个时钟域的信号，级数越多，同步过来的信号越稳定。

对于频率很高的设计，建议至少用三级DFF，而两级DFF同步则是所有异步信号处理的最基本要求。

verilog课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过Verilog硬件描述语言的学习，让学生掌握数字电路设计的自动化工具，理解并实践硬件描述语言在数字系统设计中的应用。

通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：–理解Verilog的基本语法和结构。

–掌握Verilog中的模块化设计方法。

–学习常用的Verilog描述技巧，包括逻辑门级建模、行为级建模和结构级建模。

2.技能目标：–能够运用Verilog语言进行简单的数字电路设计。

–学会使用至少一种Verilog仿真工具进行电路功能验证。

–能够阅读和理解Verilog代码，进行简单的代码优化。

3.情感态度价值观目标：–培养学生的团队合作意识，在实验报告中能够体现分工合作的精神。

–培养学生的问题解决能力，鼓励学生在遇到问题时积极寻找解决方案。

–培养学生对新技术的好奇心和学习兴趣，激发他们对电子工程领域的热爱。

二、教学内容依据教学目标，本课程的教学内容将围绕Verilog语言的基础知识、实践应用和项目设计展开。

教学大纲安排如下：1.第一部分：Verilog基础知识（2周）–介绍Verilog的背景和基本概念。

–详细讲解Verilog的数据类型、运算符和语句。

2.第二部分：模块化设计（2周）–讲解模块的定义和封装。

–实践模块的端口声明和模块实例化。

3.第三部分：数字电路的Verilog描述（2周）–通过实例教学，掌握逻辑门、触发器等基本组件的Verilog建模。

–学习组合逻辑和时序逻辑的设计方法。

4.第四部分：仿真与测试（1周）–学习使用仿真工具进行电路功能验证。

–理解并实践测试台（testbench）的编写。

5.第五部分：项目设计（3周）–小组合作完成一个较为复杂的数字系统设计项目。

–包括系统模块的划分、编码、仿真和测试。

三、教学方法为了提高学生的学习效果，将采用多种教学方法相结合的方式进行授课：1.讲授法：用于讲解Verilog的基本概念和语法。

fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑在当今的数字系统设计领域中，基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）技术的应用日益普遍。

Xilinx是其中一家领先的FPGA厂商，其可编程逻辑芯片被广泛应用于各个领域。

本教程旨在介绍FPGA现代数字系统设计的基本概念与技术，重点关注基于Xilinx可编程逻辑的实践应用。

一、引言FPGA是一种可重构的硬件平台，具有高度的灵活性与可定制性。

通过不同的配置，FPGA可以实现各种数字电路功能，比如逻辑运算、数字信号处理、嵌入式系统等等。

Xilinx提供了一套完整的开发工具与设计流程，使得FPGA的设计与实现更加高效与简便。

二、FPGA基础知识介绍1. FPGA的基本结构与工作原理在FPGA中，逻辑资源（如逻辑门、寄存器）通过可编程的内部连接资源相互连接，形成不同的数字电路。

FPGA采用按位编程的方式，通过配置存储器将逻辑连接进行设定，从而实现不同的功能实现。

2. Xilinx系列FPGA概述Xilinx公司生产的FPGA主要分为Artix、Kintex、Virtex等系列，每个系列有不同的性能与资源规模适用于不同的应用场景。

本节将介绍主要的Xilinx系列FPGA及其特点。

三、FPGA设计实践1. 集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）概述设计FPGA系统需要使用特定的软件工具，例如Xilinx提供的Vivado开发环境。

本节将介绍Vivado的基本功能与使用方法。

2. 基于Xilinx可编程逻辑的数字电路设计通过Vivado IDE，我们可以使用硬件描述语言（HDL）如VHDL或Verilog来描述数字电路。

本节将介绍如何使用HDL进行FPGA设计，包括逻辑门设计、时序控制、状态机设计等。

3. FPGA系统集成设计除了单个模块的设计，FPGA设计还需要进行系统级集成。

verilog编程实例我们需要明确这个电路的功能和设计要求。

假设我们需要实现一个4位二进制加法器，即输入两个4位的二进制数，输出它们的和。

为了简化问题，我们先考虑只有无符号整数的加法，即只需要实现两个正整数的相加。

接下来，我们可以使用Verilog语言来描述这个电路的结构和行为。

我们首先声明输入端口和输出端口的位宽，即4位。

然后，我们定义一个module，命名为"binary_adder"。

在这个module中，我们定义了两个4位的输入信号a和b，以及一个4位的输出信号sum。

同时，我们还定义了一个内部信号carry，用于记录进位信息。

在module的主体部分，我们使用assign语句来实现信号之间的逻辑关系。

具体地，我们可以通过逐位相加的方式，将输入信号a和b的每一位与进位carry相加，并将结果存储在输出信号sum的对应位上。

同时，我们还需要更新进位carry的值，以确保加法运算的正确性。

为了实现这个逻辑，我们可以使用Verilog中的加法运算符"+"和逻辑与运算符"&"。

通过对输入信号的每一位进行逐位运算，我们可以得到输出信号sum的每一位的值。

同时，我们还需要根据输入信号和进位carry的值，计算出新的进位carry的值。

在实际的Verilog编程中，我们需要注意信号的声明和赋值的顺序。

一般而言，我们需要先声明信号，然后再通过assign语句对信号进行赋值。

这样可以确保信号的值能够正确传递和计算。

完成Verilog代码的编写后，我们需要使用相应的仿真工具来验证电路的功能。

常用的仿真工具有ModelSim和Xilinx ISE等。

通过仿真工具，我们可以为输入信号a和b设置不同的值，并观察输出信号sum的变化。

通过比较输出信号sum和预期的结果，我们可以验证电路的正确性。

除了验证电路的正确性外，我们还可以通过综合工具将Verilog代码转换成对应的门级电路。

FPGA技术调研报告——认识比较全方位的FPGA目录第一章:概述 (1)第一节 FPGA的发展概述 (1)第二节 FPGA的结构概述 (1)第二章：FPGA与各国发展 (2)第一节 FPGA与国外发展 (2)第二节 FPGA与中国发展 (2)第三章：FPGA与生产厂家 (3)第一节 FPGA与Xilinx (3)第二节 FPGA与Altera (5)第四章：FPGA与开发语言 (6)第一节 FPGA与Verilog (6)第二节 FPGA与VHDL (6)总结 (6)参考文献 (7)第一章:概述第一节 FPGA的发展概述现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）是20世纪80年代中期又没过Xilinx公司首先推出来的。

随着半导体加工工艺的不断发展，FPGA在结构、速度、工艺、集成度和性能等方面都有了极大的改进和提高，与之相对应的设计方法学和自动化设计工具也得到迅速发展。

简单的讲,现场可编程门阵列FPGA是一种可以变成的数字集成电路IC(Integrated Circuit）,它包含了可配置的逻辑块一劫逻辑块之间的互连线。

所谓的现场可编程是指设计人员可以通过在工作现场完成对这些逻辑块和连线的配置，以实现或改变复杂的电子系统的功能.为了对FPGA有一个较全面的认识，我们简要回顾一下FPGA发展相关的技术如图1所示，图纸的白色区域表示以开始研究该技术的时间,但是由于种种原因没有得到很好的推广。

图1 FPGA技术发展过程第二节 FPGA的结构概述每一个FPGA生产厂斗殴自己的FPGA体系结构，但是所有厂家的FPGA机构中都包含了如图2所示的三个基本块,即可配置的逻辑块CLB、可配置的I/O模块和可编程互连资源。

另外，在FPGA中有一个时钟电路用于驱动时钟信号到每个CLB中的触发器，还有一些其他逻辑资源如存储器、译码器等。

随着FPGA的发展，各个厂家所提供的资源越来越丰富，如数字信号处理器DSP、锁相环PLL 等。

直接说正题，帮助一下刚刚入门的朋友们，也算是学习IC设计的一个总结吧。

一、首先要知道自己在干什么？数字电路(fpga/asic)设计就是逻辑电路的实现，这样子说太窄了，因为asic还有不少是模拟的，呵呵。

我们这里只讨论数字电路设计。

实际上就是如何把我们从课堂上学到的逻辑电路使用原理图(很少有人用这个拉)，或者硬件描述语言(Verilog/VHDL)来实现，或许你觉得这太简单了，其实再复杂的设计也就是用逻辑门电路搭起来的。

你学习逻辑电路的时候或许会为卡拉图，触发器状态推倒公式而感到迷惑，但是其实有一点可以放心的是，实际设计中只要求你懂得接口时序和功能就可以了，用不着那么复杂得推倒公式，只要你能够用语言把逻辑关系表述清楚就可以了，具体这个逻辑关系采用什么门电路搭的，可以不关心，综合工具(synthesis tool)可以帮你处理。

当然你要知道基本门电路的功能，比如D触发器，与门，非门，或门等的功能(不说多的，两输入的还是比较简单的)。

－－－一句话，采用verilog或者VHDL描述设计对象的逻辑功能，这就是数字电路设计的任务！说到这里入门必须要两个基本功：逻辑电路基础，硬件描述语言。

有了这两个基本功，就算你其他都不会也能找到工作，呵呵，或许你会说，现在面试要问fpga，要问时序分析，有那么简单么？其实这些东西在你有了这两个基本功之后，其他的都可以慢慢学习。

注意硬件描述语言和逻辑电路的学习可以同步学习，而且要牢记，学习硬件描述语言进步取决于你对电路的理解和你对仿真器的使用。

为什么这样子说呢？因为硬件描述语言RTL(寄存器传输级)主要是用来给综合工具综合成电路的，所以要满足特定的coding style，这些coding style 将对应这特定的逻辑，比如时序电路应该怎么写，组合电路怎么写，这是有一定约束的，为此若你对逻辑电路比较熟悉，你就知道自己写代码大体综合后会采用什么门电路来组成；另外，写代码就要仿真，这是不可以避免的－－－不仿真，你怎么知道自己写的代码符合设计的要求呢？能够熟练使用仿真器，你就有了调试代码的基本能力，否则，写再多的代码也没有用。

verilog教程Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于设计和描述数字电路。

它是一种事件驱动的语言，可以用来描述时序逻辑和组合逻辑。

Verilog可以用于设计和验证各种数字电路，从简单的门电路到复杂的处理器和系统。

Verilog的语法和结构与C语言相似，它由模块、端口、信号和行为描述组成。

Verilog中的模块是模块化设计的基本单元，可以将模块集成到更大的设计中。

模块可以具有输入端口、输出端口和内部信号。

输入和输出端口用于与其他模块进行通信，而内部信号用于在模块内部传递和保存数据。

Verilog的行为描述方式包括并行块和顺序块。

并行块表示同时执行的代码，而顺序块表示按顺序执行的代码。

Verilog中的并行块使用关键字"always @(posedge clock)"来表示，其中的代码只在时钟上升沿触发时执行。

顺序块使用关键字"always @(*)"来表示，其中的代码在输入信号变化时立即执行。

在Verilog中，可以使用各种逻辑运算符，如AND、OR、NOT和XOR，来实现组合逻辑。

此外，还可以使用各种触发器和寄存器类型，如D触发器和JK触发器，来实现时序逻辑。

通过将组合逻辑和时序逻辑结合起来，可以实现复杂的数字电路。

Verilog的仿真可以使用各种工具，如ModelSim和Vivado，来验证设计的正确性。

仿真可以通过将输入信号施加到设计中，然后观察输出信号的变化来进行。

如果输出信号与预期的结果一致，那么设计就是正确的。

在Verilog中，还可以使用分层设计的概念来实现模块的结构化和组织。

通过使用层次化模块，可以将设计划分为更小的模块，并将它们组合在一起以实现更大的系统。

尽管Verilog的学习曲线可能有点陡峭，但它是数字电路设计中最常用和最强大的工具之一。

通过掌握Verilog，您可以实现自己的数字电路设计，并进行验证和测试。

总之，Verilog是一种用于设计和描述数字电路的硬件描述语言。

Verilog数字系统设计与FPGA应用课程设计一、简介本篇文档主要是为了介绍Verilog数字系统设计与FPGA应用课程设计。

本课程的大致内容是Verilog HDL语言的学习与应用，数字逻辑电路的设计与原理，以及FPGA芯片的应用与开发，帮助学习者掌握数字电路设计的原理与方法，同时也具备开发FPGA应用程序的能力。

二、课程设计本课程设计主要采用Verilog HDL语言进行数字电路设计，并通过FPGA芯片实现所设计的电路。

具体操作步骤如下：1. 环境搭建在进行Verilog数字系统设计与FPGA应用课程设计之前，首先需要搭建相应的开发环境。

常见的开发平台有Xilinx ISE、Vivado和Altera Quartus等。

其中，Xilinx ISE是早期的FPGA设计软件，操作界面相对简单，功能也较为齐全。

Vivado是新一代的Xilinx FPGA设计软件，界面更加美观，功能也更加强大。

Altera Quartus则是Altera公司的FPGA设计软件。

此处以Vivado为例，介绍环境搭建的具体流程：•下载并安装Vivado软件•安装Vivado License•配置板卡文件2. 数字电路设计在完成环境搭建之后，可以开始进行数字电路设计了。

数字电路设计的过程包括电路原理图绘制、逻辑门的选择与布局、电路仿真测试等。

这些步骤需要灵活运用课程学习成果，完成数字电路的设计。

数字电路设计的一般步骤如下：•确定电路的输入输出要求•绘制电路原理图•选择逻辑门及其编号，并确定布局位置•进行布线连接•进行仿真测试•修正修改数字电路设计是本课程设计的重点，需要通过课程学习的知识和实践进行设计，同时可以借助各种在线教程进行参考。

3. Verilog语言编程Verilog是一种数字系统设计语言，本课程设计中需要学习该语言的基本语法和应用。

在数字电路设计中，我们可以通过Verilog语言进行硬件描述，然后使用Vivado等软件进行综合与仿真。

verilogHDL培训教程华为(多场景)VerilogHDL培训教程——华为第一章：引言随着电子设计自动化（EDA）技术的不断发展，硬件描述语言（HDL）在数字电路设计领域扮演着越来越重要的角色。

VerilogHDL 作为一种主流的硬件描述语言，因其强大的功能、灵活的语法和广泛的应用范围，已成为数字集成电路设计工程师必备的技能之一。

本教程旨在帮助读者掌握VerilogHDL的基本概念、语法和设计方法，为华为等企业培养合格的数字电路设计人才。

第二章：VerilogHDL基础2.1VerilogHDL简介VerilogHDL是一种用于数字电路设计的硬件描述语言，它可以在多个层次上对数字系统进行描述，包括算法级、寄存器传输级（RTL）、门级和开关级。

VerilogHDL的设计初衷是为了提高数字电路设计的可重用性、可移植性和可维护性。

2.2VerilogHDL编程环境（1）文本编辑器：Notepad++、SublimeText等；（2）仿真工具：ModelSim、IcarusVerilog等；（3）综合工具：XilinxISE、AlteraQuartus等。

2.3VerilogHDL语法基础（1）关键字：VerilogHDL中的关键字具有特定含义，如module、endmodule、input、output等；（2）数据类型：包括线网类型（wire）、寄存器类型（reg）、整数类型（integer）等；（3）运算符：包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等；（4）模块与端口：模块是VerilogHDL设计的基本单元，端口用于模块之间的信号传递；（5）行为描述与结构描述：行为描述用于描述电路的功能，结构描述用于描述电路的结构。

第三章：VerilogHDL设计流程3.1设计流程概述（1）需求分析：明确设计任务和功能要求；（2）模块划分：根据需求分析，将设计任务划分为若干个模块；（3）编写代码：使用VerilogHDL编写各个模块的代码；（4）仿真验证：对设计进行功能仿真和时序仿真，确保设计正确；（5）综合与布局布线：将VerilogHDL代码转换为实际电路，并进行布局布线；（6）硬件测试：在FPGA或ASIC上进行实际硬件测试。

目录第4章 第一个例程与FPGA的下载配置 (2)4.1 流水灯实例 (2)4.1.1 功能概述 (2)4.1.2 新建Vivado工程 (2)4.1.3 创建工程源码、约束和仿真文件 (10)4.1.4 功能仿真 (22)4.1.5 编译 (26)4.2 Xilinx 7系列FPGA配置概述 (28)4.2.1 不同配置模式的选择 (29)4.2.2 FPGA配置比特流的大小 (29)4.2.3 FPGA加载配置方式选择 (30)4.2.4 配置引脚功能定义 (31)4.3 XADC温度监控界面 (33)4.4 bit文件的FPGA在线烧录 (37)4.5 mcs文件的QSPI Flash固化 (39)4.5.1 FPGA配置设置选项 (39)4.5.2 生成mcs文件 (43)4.5.3 下载mcs文件 (45)本章导读本章以一个最简单的流水灯实例入手，引领读者创建一个完整的Vivado工程，同时以这个工程的烧录配置为例，讲解基于Vivado工具的Xilinx FPGA的多种配置方式，包括在线烧录和QSPI Flash的固化。

由于这是本书的第一个工程实例，所以这里花了很多的篇幅讲解详细的设计细节，对于有一定FPGA和Vivado工具开发基础的读者，可以略过这部分内容。

第4章 第一个例程与FPGA的下载配置4.1 流水灯实例4.1.1 功能概述本实例用50MHz的外部时钟进行20位计数器的循环计数，20位计数器的一个计数周期大约20ms。

FPGA的IO连接控制的8个LED在任意时刻只有一个LED是点亮的，每20ms 切换到相邻的不同LED点亮，如此达到流水灯的效果。

4.1.2 新建Vivado工程在本节，我们一起来动手使用Vivado创建一个FPGA工程。

首先，我们在电脑的硬盘中创建一个名为“project”的文件夹，注意这个文件夹所在的路径名称中不要有任何的中文和符号（下划线除外），即以数字和子母为主，例如笔者的路径为“D:\myfpga\DK_SF_AT7\project”。