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第九章 硬件描述语言简介

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Verilog_HDL

Verilog_HDL

always语句由于其不断活动的特性，只有和一定的时序控 制结合在一起才有用。可以产生各种逻辑，常用于时序逻 辑的功能描述。
一个程序设计模块中，可以包含一个或多个always语 句。它们并行执行，没有先后顺序
例7 8位二进制加法计数器的设计
（逻辑符号图是由计算机对计数 器电路的Verilog HDL源代码编译 后产生的元件符号，图中的输入/ 输出标识符自动被改为大写，而 源程序中的标识符都是小写。）
主要功能：数字集成电路设计工程师可以根据电路结构的 特点，采用层次化的设计结构，将抽象的逻辑功能用电路 的方式进行实现。
目前常用的硬件描述语言有两种
VHDL
Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language 超高速集成电路硬件描述语言
begin
if (load) out=data;
else if(clr) out=’b00000000;
else out=out+1; end assign cout = &out; endmodule
@(posedge clk)是时间控制敏感函 数，表示clk上升沿到来的敏感时刻。 每当clk的上升沿到来时，always块语 句中的全部语句就执行一遍。
Verilog Hardware Description Verilog HDL Language
Verilog硬件描述语言
VHDL语言发展较早，从使用者数量来看，目前国内 大多数集成电路设计公司都采用Verilog HDL，它是 专门为复杂数字系统的设计仿真而开发的。两种语言 相似的地方很多，学会一种可自学另一种。
a b
mux out
电子设计中的硬件描述语言与FPGA设计研究与应用

电子设计中的硬件描述语言与FPGA设计研究与应用

。
基于SystemC的嵌入式系统设计
总结词
探讨了基于SystemC的嵌入式系统设计的优势和应用场景，包括系统建模、仿真验证、硬件实现等。
详细描述
在嵌入式系统设计中，使用SystemC语言进行系统建模和仿真验证，可以大大提高设计效率和准确性。通过 SystemC的硬件描述和仿真功能，可以方便地进行系统级验证和调试。最后将设计实现到FPGA上，完成整个嵌 入式系统的设计和验证。
感谢您的观看
THANKS
Verilog：Verilog是另一种广泛使用的硬件描述语言，它具有简洁的语法和强Verilog：SystemVerilog是Verilog的扩展，增加了面向对象的设计方法和更强 的验证功能，广泛应用于IC设计和验证。
硬件描述语言在电子设计中的重要性
硬件描述语言定义
硬件描述语言（HDL）是一种用于描 述数字电路和系统的语言，它使用文 本形式来描述电路的结构和行为。
HDL通过高级抽象的方式，将电路设 计中的细节进行抽象，使得设计者能 够更加关注于电路的功能和结构，而 不是具体的实现细节。
常见硬件描述语言
VHDL（VHSIC Hardware Description Language）：VHDL是最早的硬件描述语言 之一，被广泛应用于数字电路设计和FPGA开发。
寄存器传输级描述
寄存器传输级描述是一种更具体的描述方式 ，它关注电路中寄存器和信号的传输。
它使用更低级别的语言来描述电路的细节， 例如使用Verilog或VHDL的组合逻辑和时序 逻辑模块进行描述。
寄存器传输级描述可以用于生成测试平台和 验证电路的功能正确性。
物理级描述
01
物理级描述是一种最具体的描述方式，它关注电路的物理 实现和布局。
硬件描述语言VHDL

硬件描述语言VHDL


--使用IEEE库
use IEEE.std_logic_1164.all;
--使用IEEE库std_logic_1164程序包所有设计单元
use IEEE.std_logic_arith.all;
--使用IEEE库std_logic_arith程序包所有设计单元
use IEEE.std_logic_unsigned.all; --使用IEEE库std_logic_unsigned程序包所有设计单元
数据类型。
端口很重要：端口是实体和外界通信的动态信息通道，每个端口都有端口名、端口方向以及
端口子类型。
例如：2选1数据选择器端口的VHDL描述如下：
entity mux21 is
--实体名：mux21
port (d0,d1,sel: in bit;
--输入信号：d0, d1, sel，均为bit数据类型
Integrated Circuit）计划，其目标之一是为下一代集成电路的
生产，实现阶段性的工艺极限以及完成10万门级以上的设计，
建立一项新的描述方法。1981年提出了一种新的HDL，称之为
VHSIC Hardware Description Language，简称为VHDL。
3
★ VHDL语言的主要优点
--说明wide为常数，其数值为整数32
15
3.端口方向 端口方向的四种模式：输入in、输出out、双向inout和缓冲buffer。缺省值是 输入。 输入in：输入仅允许数据由外部流向实体输入端口。主要用于时钟输入、复 位、使能，单向数据输入等输入信号的描述。 输出out：输出仅允许数据从实体内部流向实体输出端口，输出模式不能用于 反馈，因为输出端口在实体内部不可读。通常用于电路的各种输出，如计数 器、移位寄存器等输出信号描述。 双向inout：双向模式允许数据流入或流出实体，双向模式允许用于内部反馈。 双向模式可以替代其它任一模式，适合描述双向数据总线等。 缓冲buffer：缓冲模式通常用于内部有反馈需求的信号描述。 buffer与out类 似，只是buffer允许用于内部反馈，而out不能用于内部反馈。
09_硬件描述语言——数电课课件PPT

09_硬件描述语言——数电课课件PPT

例9.3.1：串行进位的4位全加器
module Four_bit_fulladd：对4位全加器的顶层结构描述 module onebit_fulladd：对1位全加器内部结构的描述
module Four_bit_fulladd：对4位全加器的顶层结构描述
module onebit_fulladd：对1位全加器内部结构的描述
Sum_temp C_1 C_3 C_2
9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例
例9.3.2：描述状态转9.1 概述
一、硬件描述语言的作用 编写设计文件，在EDA工具中建立电路模型； 逐层描述，用分层次的模块表示复杂的数字电路系统。
二、硬件描述语言的发展 各公司自行开发使用，多种硬件描述语言； IEEE标准：VHDL, Verilog HDL
9.2 Verilog简介
➢ 形式上和C语言有很多相似之处； ➢ 模块（module）是描述电路的基本单元； ➢ 模块对应硬件上的逻辑实体，描述这个实体的功能或结
构，以及它与其他模块的接口； ➢ 模块描述的可以是简单的逻辑门，也可以是功能复杂的
系统； ➢ 模块的基本语法结构：
9.2.3 模块的两种描述方式
以2选1数据选择器为例：
9.2.3 模块的两种描述方式
一、行为描述方式
9.2.3 模块的两种描述方式
二、结构描述方式
9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例
硬件描述语言VerilogHDL基础

硬件描述语言VerilogHDL基础


入zz x x x
CSLG
4、设计举例
试用Verilog语言的门级 元件描述2线-4线译码器.
E1
& Y0
//Gate-level description of a 2-to-4-
line decoder
module _2to4decoder (A1,A0,E,Y);
input A,B,E;
output [3:0] Y;
常量
格式为：<＋/－><位宽>’<基数符号><数 例值如>：3’b101、5’o37、8’he3，8’b1001_0011
实数型常量 十进制记数法 如： 0.1、2.0、5.67
科学记数法 如: 23_5.1e2、5E－4
23510.0、 0.0005
CSLG
❖Verilog允许用参数定义语句定义一个标识 符来代表一个常量，称为符号常量。
CSLG
CSLG
用Verilog HDL描述组合逻辑电路
用VerilogHDL描述组合逻辑电路
❖用VerilogHDL描述组合逻辑电路有三种不 同抽象级别：
▪ 门级描述 ▪ 数据流描述 ▪ 行为级描述
❖VerilogHDL描述的电路就是该电路的 VerilogHDL模型。
CSLG
•门级描述：
一般使用Primitive（内部元件）、自定义的下层模块对电 路描述。主要用于层次化设计中。
多输入端的或非门
多输入端的异或非门
多输出端的反相器
控制信号高电平有效的 三态反相器
控制信号低电平有效的 三态反相器
CSLG
Verilog 基本门级元件
and n-input AND gate
verilog硬件描述语言课程主要内容

verilog硬件描述语言课程主要内容

Verilog硬件描述语言课程主要内容Verilog硬件描述语言是数字电子电路设计领域中使用最广泛的硬件描述语言之一。

它不仅可以用于描述电路的结构和行为，还可以用于进行功能仿真、综合和布局布线。

在Verilog硬件描述语言课程中，学生将学习到一系列的内容，旨在帮助他们掌握该领域所需的知识和技能。

1. 概述Verilog硬件描述语言在Verilog硬件描述语言课程中，首先会进行对该语言的概述。

学生将了解Verilog的起源、发展历程以及在数字电子电路设计领域中的重要性。

也会介绍Verilog的语法规则、数据类型、算术运算、逻辑运算等基本概念，为后续的学习打下基础。

2. 模块化设计在Verilog硬件描述语言课程中，学生将学习如何使用Verilog进行模块化设计。

这包括如何定义模块、端口和参数，以及如何实例化模块和进行模块间的连接。

模块化设计是数字电子电路设计中非常重要的一部分，它可以提高设计的灵活性和可维护性，并有助于提高设计的复用性。

3. 行为级建模Verilog硬件描述语言课程中还会涉及行为级建模的内容。

学生将学习如何使用Verilog描述数字电子电路的行为，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路。

他们将学会使用always块和assign语句等Verilog语言特性，描述电路的功能和时序特性。

4. 结构级建模除了行为级建模，Verilog硬件描述语言课程还会教授结构级建模的内容。

学生将学习如何使用Verilog描述数字电子电路的结构，包括使用网表、门级建模和原语建模等技术。

结构级建模可以帮助学生更好地理解电路的物理结构和布局，有助于他们在综合和布局布线时进行优化。

5. 时序建模Verilog硬件描述语言课程还会涉及时序建模的内容。

学生将学习如何使用Verilog描述数字电子电路的时序特性，包括时钟、时序逻辑和时序约束等内容。

时序建模对于设计复杂的数字电子电路非常重要，它可以帮助设计者在保证电路性能的情况下进行优化设计。

第九章VHDL描述数字电路

第九章VHDL描述数字电路


基于硬件描述语言的设计过程
• VHDL语言的基本特点
– 可以在各个不同的设计阶段对系统进行描述。 包括系统级、寄存器级和门级。 – 支持结构化的层次设计方法。支持自顶向下的 层次化设计方法。 – 具有很好的时间性能的描述机制，可以真实的 反映系统或电路的时间特性。 – 可以支持各种不同类型的数字电路和系统的设 计。VHDL的设计主要是用来设计同步系统， 但是也可以设计异步电路。
基于硬件描述语言的设计过程
• 设计过程
– 基于硬件描述 语言的数字系 统设计是一个 从抽象到具体 的过程。 – 逻辑模拟验证 设计的正确性 – 时间模拟验证 系统的时间特 性。
基于硬件描述语言的设计过程
• Quartus II设计 软件
– 可以用于逻辑 仿真和逻辑设 计。 – 器件编程就是 将设计结果写 入可编程逻辑 阵列芯片，相 当于布局布线。
• 在VHDL中，不仅可以对数组的整体赋值，还可以 对数组的一部分进行操作。如定义了regist_1类型 的数组信号：
TYPE regist_1 IS ARRAY (7 DOWNTO 0) OF BIT; SIGNAL arr_1, arr_2 : regist_1; – 以下的赋值操作在VHDL中都是允许的： arr_1 <= "10110110"; arr_2 <=arr_1; arr_2(0 TO 3) <="1011";
VHDL描述的基本结构
• 基本的VHDL描述由两个部分组成：实体 （entity）部分和结构体（architecture） 部分。
– 实体部分有时也称为接口（interface）部分， 主要描述一个硬件模块或系统的输入、输出接 口，包括输入、输出信号的名称，类型等。 – 结构体部分，有时也称为主体（body）部分， 是对硬件内部结构或性能的具体描述。
vhdl硬件描述语言

vhdl硬件描述语言

vhdl硬件描述语言VHDL 是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统。

它是一种结构化的、过程化的编程语言，其语法和结构类似于 C 和 C++ 等编程语言。

VHDL 的设计流程包括以下几个方面:1. 确定设计需求和目标：在开始设计之前，需要明确设计的需求和目标，例如设计一个数字电路、一个控制系统或者一个通信系统。

2. 理解设计需求：在明确设计需求之后，需要对设计需求进行深入的理解，例如设计的功能、性能、可靠性、功耗等方面的需求。

3. 描述设计：使用 VHDL 语言对设计进行描述，包括电路的逻辑结构、时序、信号描述等方面。

4. 仿真和验证：使用仿真工具对设计进行模拟和验证，以确保设计的正确性和可靠性。

5. 综合：将 VHDL 代码转换为 IP 核或者硬件描述器，以便实现最终的硬件实现。

6. 调试：对设计进行调试，以便解决设计中的问题，进一步提高设计的可靠性和性能。

VHDL 的主要特点包括:1. 结构化的语法:VHDL 采用了结构化的语法结构，可以使用类、模块、接口等概念对设计进行组织和管理。

2. 描述方式的多样性:VHDL 可以使用 Verilog 和 VHDL 的语法来描述设计，同时也可以使用结构化、过程化、面向对象等描述方式。

3. 支持数字电路和系统的设计:VHDL 是一种面向数字电路和系统的设计语言，可以用于设计数字电路、控制系统、通信系统等。

4. 高度可读可维护性:VHDL 的语法结构简洁明了，易于理解和维护，同时也易于编写和调试。

VHDL 作为一种硬件描述语言，其主要目的是用于描述数字电路和系统的设计，并且可以实现硬件的实现和验证。

在数字电路和系统的设计过程中，VHDL 可以作为一种重要的工具和技术被广泛应用。

硬件描述语言介绍

硬件描述语言介绍


2选1数据选择器及仿真研究
21 (); ; s; y; y = (0)? a : b;
1. 语句 2. 表达式1? 表达式2: 表达式3
s
b
0
y
a
1
y~0
数据流描述
21 (); ; s; y; ; d = a & (); e = b & s; y = d | e;
1 2
&0 1 x z 00000 101xx x0xxx z0xxx
| 0 1 xz 0 0 1 xx 1 1 1 11 x x 1 xx z x 1 xx
~ 01 10 xx zx
^0 1xz 0 0 1xx 1 1 0xx xXxxx z X x xx
^~ 0 1 x z 010xx 101xx xxxxx z x x xx
行为级描述
的行为可以描述为：只要信号a或b或s发生变化，如果s为0则选择a输 出；否则选择b输出。
输延时。
21(, a, b, ); a, b, ; ;
u1 (, ); #1 u2 (, a, ); #1 u3 (, b, );
#2 u4 (, , );
4选1数据选择器实例之一
4_1(0123); ; 0123; [1:0] ; ; @(0 1 2 3 ) () 2'b00: 0; 2'b01: 1; 2'b10: 2; 2'b11: 3; :;
a = b c; b = a c; a < b -1
(! ) (a<1)()()
( 0)
结构型描述
结构级适合开发小规模元件，如和的单元 内部带有描述基本逻辑功能的基本单元()，如门。 综合产生的结果网表通常是结构级的。用户可以用结构级描述
硬件描述语言Verilog

硬件描述语言Verilog


6
Verilog在不同设计层次上的作用
•行为级 –描述系统中数据在不同模块之间的传输 –描述必要的操作 •寄存器传输级（RTL） –描述系统中的数据流和功能模块之间和内部的控制信号 –按照定义的时钟周期建立模型 •门级（结构） –描述底层单元之间的连接，可以更精确地描述系统的行 为 –在进行综合时使用特定工艺库完成RTL到门级的映射
7
Verilog发展历史
• 1985年，Gateway Design Automation公司为其仿 真器产品开发了Verilog语言。 • 1989年，Cadence收购Gateway公司，并继续推 广该语言和仿真器。 • 1990年，组织了OVI（Open Verilog International） • 1993年，IEEE开始了Verilog的标准化工作 • 1995年，IEEE 1364-1995 Verilog标准得到通过
14
系统任务和函数标识符$ 系统任务和函数标识符
$<标识符 标识符> 标识符 ‘$’ 符号表示 Verilog 的系统任务和函数 常用的系统任务和函数有下面几种： 常用的系统任务和函数有下面几种： 1) $time //找到当前的仿真时间 2) $display, $monitor //显示和监视信号值的变化 3) $stop //暂停仿真 4) $finish //结束仿真
硬件描述语言Verilog
1
为什么要采用硬件描述语言
• 随着设计复杂性的提高，无法再用硬件 直接实现需要的功能 • 易于通过EDA工具完成工艺无关的设计， 有利于保证设计正确性和对设计进行管理 • 便于对设计进行管理、归档和重用 • 易于对设计进行修改，以探索不同的设 计可能性 • 便于提高设计的效率
硬件描述语言概述

硬件描述语言概述


2008-09~2008.12
短标识符(1)

短标识符 VHDL的短标识符是遵守以下规则的字符序列： (1) 必须以英文字母打头。 (2) 字符可以是大写、小写的数字(0～9)和下划线(_)。 (3) 下划线前后都必须有英文字母或数字。 (4) EEA工具综合、仿真时，短标识符不区分大小写。 一般地，对VHDL的保留字：ENTITY，ARCHITECTURE，END， BUS，USE，WHEN，WAIT ，IS…在程序书写时，一般要求大 写或黑体，使得程序易于阅读，易于检查错误。
硬件描述语言
VHDL概述及其开发环境

1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点 2 VHDL代码如何变成电路 3 VHDL程序框架（实体＋结构） 4 MAX＋plusII快速入门
2008-09~2008.12
1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点

Байду номын сангаас

概念：VHDL是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Descriptions Language的缩写，即超高速集成电路 的硬件描述语言。VHDL语言能够描述硬件电路的结构、行为与 功能。 历史：随着大规模专用集成电路ASIC(Application-specific IC)的开发和研制，为了提高开发的效率，增加已有成果的可继 承性，各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件 描述语言。其中最有代表性的是美国国防部开发的VHDL语言。 Viewlogic公司开发的Verilog HDL以及ALTERA公司开发的AHDL 语言。VHDL硬件描述语言在1987年被接纳为IEEE 1076标准，并 且在1993年进行了扩展，修订为新的VHDL语言标准IEEE 1164， 1996年，IEEE 1076.3成为VHDL的综合标准。1995年，中国国家 技术监督局发布的《CAD通用技术规范》中也明确推荐采用VHDL 作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。

HDL(Hardware Description Language)

HDL(Hardware Description Language)，是硬件描述语言。

顾名思义，硬件描述语言就是指对硬件电路进行行为描述、寄存器传输描述或者结构化描述的一种新兴语言。

简介HDL文本输入硬件描述语言是用文本的形式描述硬件电路的功能，信号连接关系以及时序关系。

它虽然没有图形输入那么直观，但功能更强，可以进行大规模，多个芯片的数字系统的设计。

常用的HDL有ABEL，VHDL和Verilog HDL等。

种类主流的HDL分为VHDL和Verilog HDL。

VHDL诞生于1982年。

在1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。

自IEEE公布了VHDL 的标准版本，IEEE- 1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。

此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。

Verilog HDL是由GDA(Gateway Design Automation)公司的PhilMoorby在1983年末首创的，最初只设计了一个仿真与验证工具，之后又陆续开发了相关的故障模拟与时序分析工具。

1985年Moorby推出它的第三个商用仿真器Verilog-XL,获得了巨大的成功，从而使得Verilog HDL迅速得到推广应用。

1989年CADENCE公司收购了GDA公司，使得VerilogHDL成为了该公司的独家专利。

1990年CADENCE公司公开发表了Verilog HDL,并成立LVI组织以促进Verilog HDL成为IEEE标准，即IEEE Standard 1364-1995。

由于GDA公司本就偏重于硬件，所以不可避免地Verilog HDL就偏重于硬件一些，故Verilog HDL的底层统合做得非常好。

而VHDL的逻辑综合就较之Verilog HDL要出色一些。

所以，Verilog HDL着重强调集成电路的综合，而VHDL强调于组合逻辑的综合。

【什么是硬件描述语言】 硬件描述语言有多少种

竭诚为您提供优质的服务，优质的文档，谢谢阅读/双击去除【什么是硬件描述语言】硬件描述语言有多少种什么是硬件描述语言，你知道吗?今天就让小编来教下大家吧，快来看看吧，希望能让大家有所收获!什么是硬件描述语言硬件描述语言hDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。

利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层(从抽象到具体)逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。

然后，利用电子设计自动化(eDA)工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。

接下去，再用专用集成电路AsIc或现场可编程门阵列FpgA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。

硬件描述语言的概述随着eDA技术的发展，使用硬件语言设计pLD/FpgA成为一种趋势。

目前最主要的硬件描述语言是VhDL和VeriloghDL。

VhDL发展的较早，语法严格，而VeriloghDL 是在c语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。

VhDL和VeriloghDL两者相比，VhDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。

国外电子专业很多会在本科阶段教授VhDL,在研究生阶段教授verilog。

从国内来看，VhDL的参考书很多，便于查找资料，而VeriloghDL的参考书相对较少，这给学习VeriloghDL带来一些困难。

从eDA技术的发展上看，已出现用于cpLD/FpgA设计的硬件c语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VhDL和Verilog之后，设计大规模cpLD/FpgA的又一种手段。

硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点(1)与其他的硬件描述语言相比，VhDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。

强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。

什么是硬件描述语言

什么是硬件描述语言什么是硬件描述语言，你知道吗?今天就让店铺来教下大家吧，快来看看吧，希望能让大家有所收获!什么是硬件描述语言硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。

利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层(从抽象到具体)逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。

然后，利用电子设计自动化(EDA)工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。

接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。

硬件描述语言的概述随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。

目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。

VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。

VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。

国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。

从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。

从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。

硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点(1)与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。

强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。

(2)VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。

《硬件描述语言》课件


嵌入式系统设计
系统集成
在嵌入式系统设计中，硬件描述语言可以用于集成各种硬 件和软件组件，如处理器、存储器、外设接口等。这有助 于提高系统的可靠性和性能。
可定制性
通过使用硬件描述语言，可以根据具体的应用需求对嵌入 式系统进行定制和优化。这有助于缩短产品上市时间和降 低成本。
低功耗设计
在嵌入式系统设计中，低功耗是一个重要的考虑因素。使 用硬件描述语言，可以帮助设计人员更好地优化系统的功 耗性能。
总结词
提高硬件工作效率的技术
VS
详细描述
流水线（Pipeline）设计技术是一种将一 个完整操作分解为多个独立、有序的阶段 ，并使这些阶段连续执行以提高效率的技 术。在硬件设计中，流水线技术可以将一 个复杂操作分解为多个简单操作，并行执 行，从而显著提高硬件的工作效率和性能 。
优化设计技巧
总结词
提高设计性能和降低成本的技巧
总结词
随着硬件设计复杂性的增加，高层次综合和抽象化设计成为硬件描述语言发展 的重要趋势。
详细描述
高层次综合允许设计师使用高级语言描述硬件行为，然后由综合工具自动转换 为低层次的门级网表。这种抽象化设计方法减少了设计细节的复杂性，提高了 设计效率。
可重用模块与IP核复用
总结词
可重用模块和IP核复用是硬件描述语言发展的另一个重要趋势。
Quartus II
Altera公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支 持VHDL和Verilog硬件描述语言。
Vivado
Xilinx公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支持 VHDL和Verilog硬件描述语言。
布局与布线工具
Mentor Graphics的IC Station
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6、关键词 、
关键词是Verilog HDL语言内部的专用词。
三、 模块的两种描述方式 1、行为描述方式 、
行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能，表 行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能， 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。
2、结构描述方式 、
本章小结
• 硬件描述语言是用于描述硬件电路的一种专用计 算机编程语言，用它可以对任何复杂的电路进行 完整的功能、动态时间参数甚至功耗参数的描述。 • 作为一种高级语言，Verilog HDL有严格的语法规 定，必须严格按照这些规定编写出的源文件，才 能被应用软件所识度和运行。
第九章*
一、内容提要
硬件描述语言简介
本章简要介绍硬件描述语言。首先简单介绍了 硬件描述语言的基本概念和发展与应用概况，然后 介绍了有关Verilog HDL的基本知识，最后给出了 几个用Verilog HDL描述逻辑电路的实例。
二、本章内容
9.1 概述 概述 9.2 Verilog HDL简介 简介 9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例 描述逻辑电路的实例
模块的基本语法结构如下： module <模块名 (<端口列表 模块名> 端口列表 端口列表>) 模块名 <定义 定义> 定义 <模块条目 模块条目> 模块条目 endmodule 根据<定义 模块条目 的描述方法不同，可将模块分成 根据 定义><模块条目 的描述方法不同， 定义 模块条目>的描述方法不同 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能 通过编程语言定义模块的状态和功能。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能。 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 模块，其最底层的元件必须是Veriolg HDL 支持的基元或已定 模块，其最底层的元件必须是 义过的模块。 义过的模块。
三、知识点
1、重点掌握的知识点 、 （1） Verilog HDL的基本程序结构； （2） Verilog HDL 的语法标识符； （3） Verilog HDL描述逻辑电路的方法。 2、一般掌握的知识点 、 （1） Verilog HDL模块的两种描述方式； （2） Verilog HDL 的发展。
在段注释中不允许嵌套，段注释中“ 没有任何特殊意义 没有任何特殊意义。 在段注释中不允许嵌套，段注释中“//”没有任何特殊意义。
2、操作符 、
Verilog HDL中定义了操作符，又称运算符，按照操作数的 个数，可以分为一元、二元和三元操作符 一元、 一元 二元和三元操作符；按功能可以大致 分为算术操作符 逻辑操作符 比较操作符 算术操作符、逻辑操作符 比较操作符等几大类。 算术操作符 逻辑操作符、比较操作符
Ctemp1 Ctemp2 Ctemp3
CO
add1
S2
add2
S3
add3
S4
add 4
4位加法器
//对4位串行进位加法器的顶层结构的描述 对 位串行进位加法器的顶层结构的描述
module Four_bit_fulladd(A,B,CI,S,CO); //4位全加器模块名称和端口名 位全加器模块名称和端口名 parameter size=4; //定义参数 定义参数 input [size:1]A,B; output [size:1]S; input CI; output CO; wire [1:size-1]Ctemp //定义模块内部的连接线 定义模块内部的连接线 onebit_fulladd //调用 位全加器 调用1位全加器 调用 add1(A[1],B[1],CI, S[1], Ctemp[1]), //实例化，调用 位全加器 实例化， 实例化 调用1位全加器 add2(A[2],B[2], Ctemp[1]， S[2], Ctemp[2]), ， //实例化，调用 位全加器 实例化， 实例化 调用1位全加器 add3(A[3],B[3], Ctemp[2], S[3], Ctemp[3]), //实例化，调用 位全加器 实例化， 实例化 调用1位全加器 add4(A[4],B[4],Ctemp[3], S[4], CO)； //实例化 实例化4 ； 实例化 endmodule //结束 结束
9.1 概述
随着半导体技术的发展，数字电路已经由中小规 模的集成电路向可编程逻辑器件（PLD)及专用集成电 路（ASIC）转变。 数字电路的设计手段也发生了变化，由传统的手 工方式逐渐转变为以EDA工具作为设计平台的方式。 硬件描述语言（ 硬件描述语言（HDL）是一种用形式化方法来描 ） 述数字电路和数字逻辑系统的语言，是设计人员和 EDA工具之间的一种界面。设计人员利用这种语言来 描述自己的设计思想，然后利用EDA工具进行仿真、 综合，然后用ASIC或FPGA实现其功能。
二、 词法构成 Verilog HDL 的词法标识符包括：间隔符与注释符， 的词法标识符包括：间隔符与注释符， 操作符、数值常量、字符串、标识符和关键字。 操作符、数值常量、字符串、标识符和关键字。 1、间隔符与注释符 、
间隔符又称空白符，包括空格符、制表符、换行符以及换页 符等。它们的作用是分隔其他词法标识符 分隔其他词法标识符。 分隔其他词法标识符 Verilog HDL有单行注释 多行段注释 单行注释和多行段注释 单行注释 多行段注释两种注释形式。 // /* */ 单行注释 段注释
3、数值常量 、
Verilog HDL中的数值常量有整型 实型 整型和实型 整型 实型两大类，分为十进制、 十六进制、八进制或二进制。 Verilog HDL数值集合有四个基本值：
0：逻辑0或假状态； ：逻辑 或假状态 或假状态； 1：逻辑1或假状态； ：逻辑 或假状态 或假状态；
X：逻辑不定态； ：逻辑不定态； Z：高阻态。 ：高阻态。
9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例 描述逻辑电路的实例
[例]用Verilog HDL对图示 位加法器做逻辑功能描述。 对图示4位加法器做逻辑功能描述 对图示 位加法器做逻辑功能描述。
AB 1 1CI ∑源自A B2 2CI ∑
A B3 3
CI ∑
A B4 4
CI ∑
CO
CO
CO
CO
S1
9.2 Verilog HDL 简介
1983年Gateway Design Automation 公司在C语言的 基础上，为其仿真器产品Verilog-XL开发了一种专 用硬件描述语言——Verilog HDL 。 随着Verilog-XL成功和广泛的使用， Verilog HDL 成功和广泛的使用， 随着 成功和广泛的使用 被众多数字电路设计者所接受。 被众多数字电路设计者所接受。 Verilog HDL从C语言中继承了多种操作符和结构， 语言中继承了多种操作符和结构， 从 语言中继承了多种操作符和结构 源文本文件由空白符号分割的词法符号流组成。 源文本文件由空白符号分割的词法符号流组成。 词法符号的类型有空白符、注释、操作符、数字、 词法符号的类型有空白符、注释、操作符、数字、 字符串、 标识符和关键字等，从形式上看和C语言 字符串 、 标识符和关键字等 ， 从形式上看和 语言 有许多相似之处。 有许多相似之处。
Verilog HDL 中整型数值常量就是整数，有两种书写格式： 一种是无位宽的十进制 无位宽的十进制表示法，一种是定义位宽和进制 位宽和进制的 无位宽的十进制 位宽和进制 表示法。 -132 表示负的整数132 [size]’base value
定义位数 定义进制 定义数值
无位宽的十进制 定义位宽和进制
一、基本程序结构
Verilog HDL 语言采用模块化的结构，以模块集合的形式 来描述数字电路系统。模块对应硬件上的逻辑实体，描述这 个实体的功能或结构，以及它与其他模块的接口。 模块在概念上可以等同于一个通用器件（与门、或门）或 通用宏单元（计数器、CPU）等，因此一个模块可以被另外 一个模块调用。一个电路设计可由多个模块组成，一个模块 设计只是一个系统设计中的某个层次设计，模块设计可以采 用多种建模方式。
结构描述方式是将硬件电路描述成一个分级子模块相互连 接的结构。通过对组成电路的各个子模块间相互连接关系 接的结构。 的描述，来说明电路的组成。 的描述，来说明电路的组成。 各个模块还可以对其他模块进行调用，也就是模块的实例 各个模块还可以对其他模块进行调用， 其中调用模块成为层次结构中的上级模块， 化。其中调用模块成为层次结构中的上级模块，被调用模 块成为下级模块。 块成为下级模块。
标识符是模块、寄存器、端口、连线和begin-end快等元素的 名称，是赋给对象的唯一的名称。 标识符可以是字母、数字、$符和下划线“-”字符的任意组 符和下划线“ 字符的任意组 标识符可以是字母、数字、 符和下划线 合序列，必须以字母或下划线“ 开头 开头。 合序列，必须以字母或下划线“-”开头。 在Verilog HDL中，标识符区分大小写，且字符数不能多于 中 标识符区分大小写， 1024。 。
XOR2 CI A B XOR1 Sum
AND3 OR1 Cout AND2 AND1 1位全加法器
//对1位全加器内部结构的描述 对 位全加器内部结构的描述
module onebit_fulladd (A,B,CI, Sum, Cout); //1位全加器模块名称和端口名 位全加器模块名称和端口名 input A,B,CI; output Sum,Cout; wire Sum_temp,C_1,C_2,C_3; //定义模块内部的连接线 定义模块内部的连接线 xor XOR1(Sum_temp,A,B), XOR2(Sum,Sum_temp,CI); //两次调用异或门实现 两次调用异或门实现Sum=A⊕ B⊕ CI 两次调用异或门实现 ⊕ ⊕ and //调用 个与门 调用3个与门 调用 个与门AND1,AND2,AND3 AND1(C_1,A,B), AND2(C_2,A, CI), AND3(C_3,B, CI); or OR1(Cout,C_1,C_2,C_3); //调用或门实现 调用或门实现Cout=AB+A(CI)+B(CI) 调用或门实现 endmodule //结束 结束