Verilog HDL基础知识

数字设计中的Verilog HDL语言基础Verilog HDL语言是数字设计中非常重要的一门编程语言，它被广泛应用于集成电路设计和硬件描述语言。

在数字设计中，Verilog HDL语言被用来描述硬件的行为和结构，使得工程师能够通过编写代码来设计和实现各种数字电路。

Verilog HDL语言具有如下几个基础要素：1. 模块(Module)：Verilog HDL语言中的最基本构建单元就是模块，一个模块可以包含端口、输入、输出、内部信号和行为描述等部分。

模块用来描述数字电路中的一个功能模块或组件，它是实现数字电路的基础。

2. 信号(Signal)：信号是Verilog HDL语言中用来传递信息的基本元素，它可以是输入信号、输出信号或者中间信号。

信号可以是数字类型、整数类型、浮点数类型等，通过信号的传输和逻辑操作来描述整个数字电路的行为。

3. 端口(Port)：端口是模块与外部环境进行通信的接口，它可以是输入端口、输出端口或者双向端口。

端口定义了模块和其他模块或顶层模块之间的信号传输规则，是数字电路的输入输出通道。

4. 运算符(Operator)：Verilog HDL语言中包含了各种运算符，用来对信号进行逻辑运算、算术运算和比较运算等操作。

常见的运算符包括与(&)、或(|)、非(!)、加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、取余(%)等，通过运算符的使用能够实现数字电路中的各种功能。

5. 时钟(Clock)：时钟信号在数字设计中起到非常重要的作用，它用来同步数字电路中的各个组件，确保它们按照时序进行正确的操作。

时钟信号通常是周期性的信号，在数字电路中广泛用于触发、同步和控制各个模块的工作。

通过学习Verilog HDL语言的基础知识，可以帮助我们更好地理解数字设计中的原理和技术，进而能够设计和实现各种复杂的数字电路。

掌握Verilog HDL语言的基础概念和语法规则，是每一位数字设计工程师必备的技能之一。

VerilogHDL语法基础⼀个复杂电路的完整Verilog HDL模型是由若个Verilog HDL 模块构成的，每⼀个模块⼜可以由若⼲个⼦模块构成。

利⽤Verilog HDL语⾔结构所提供的这种功能就可以构造⼀个模块间的清晰层次结构来描述极其复杂的⼤型设计。

每个模块的内容都是嵌在module和endmodule两个语句之间，每个模块实现特定的功能，模块是可以进⾏层次嵌套的。

每个模块⾸先要进⾏端⼝定义．并说明输⼊(input)和输出(output)，然后对模块的功能进⾏逻辑描述。

Verilog HDL程序的书写格式⾃由，⼀⾏可以写⼏个语句，⼀个语句也可以分多⾏写。

除了endmodule语句外，每个语句的最后必须有分号。

⼀个模块是由两部分组成的，⼀部分描述接⼝；另⼀部分描述逻辑功能，即定义输⼊是如何影响输出的。

模块(block)的组成Verilog HDL结构完全嵌在module和endmodule声明语句之间，每个Verilog程序包括4个主要部分：端⼝定义，I／O说明，信号类型声明和功能描述。

module<模块名>(<端⼝列表>)；端⼝说明(input,output,inout)参数定义(可选)数据类型定义连续赋值语句(assign)过程块(initial 和 always)⾏为描述语句低层模块实例任务和函数延时说明块endmodule模块声明模块声明包括模块名和端⼝列表。

其格式如下：module 模块名（端⼝１，端⼝２，端⼝３，…）；模块结束的标志为关键字：endmodule。

端⼝定义input(输⼊端⼝),output(输出端⼝)和inout(双向端⼝)。

格式如下：input 端⼝名1，端⼝名2，………,端⼝名N; //输⼊端⼝output 端⼝名1，端⼝名2，………,端⼝名N; //输出端⼝inout 端⼝名1，端⼝名2，………,端⼝名N; //输⼊输出端⼝也可以写在端⼝声明语句⾥,其格式如下(为了代码的可读性，⼀般不这么写)：module module_name(input port1,input port2,…output port1,output port2… );信号类型说明信号可以分为端⼝信号和内部信号；1. 所有信号都必须进⾏数据类型的定义，如寄存器类型（reg等）,连线类型（wire等）；2. 如果信号没有定义数据类型，则综合器将其默认为wire型；3. 端⼝的位宽最好定义在端⼝定义中,不要放在数据类型定义中；4. 不能将input和inout类型声明为reg型；模块的端⼝表⽰的是模块的输⼊和输出⼝名，也就是说，它与别的模块联系端⼝的标识。

VerilogHDL入门教程第一部分：Verilog HDL概述（约200字）Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述和建模数字电路和系统。

它是一种被广泛使用的硬件设计语言，特别适合用于逻辑设计和验证。

Verilog HDL提供了一种形式化的方式来表示数字电路和系统的行为和结构，使得工程师可以更轻松地进行硬件设计和验证。

第二部分：Verilog HDL基础（约400字）在Verilog HDL中，最基本的组成单元是模块。

模块是Verilog HDL中的一个独立的、可重用的单元，可以由其他模块实例化和连接。

每个模块由端口（输入和输出）和内部功能（如逻辑代码和信号声明）组成。

module and_gate(input a, input b, output y);assign y = a & b;endmodule这个模块表示一个与门，它有两个输入a和b，一个输出y。

使用assign语句，我们将输出y连接到输入a和b的逻辑与操作。

第三部分：Verilog HDL高级特性（约400字）除了基本的模块和连接之外，Verilog HDL还提供了一些高级特性，用于更复杂的电路建模和验证。

一种特殊的构造是always块。

always块用于描述模块内的行为，基于一个条件或时钟信号的变化。

例如，下面是一个使用always块的模块示例：module counter(input clk, input enable, output reg count);if (enable)count = count + 1;endendmodule这个模块表示一个简单的计数器，在时钟上升沿时根据enable信号增加计数器的值。

Verilog HDL还支持层次化的建模，允许将模块层次化地组织起来，以便更好地管理和复用代码。

层次化建模通过使用模块的层次命名和连接来实现。

例如，我们可以将上面的计数器模块实例化为另一个模块，如下所示：module top_module(input clk, input enable, output reg count);countercounter_inst(.clk(clk), .enable(enable), .count(count));endmodule这个模块实例化了上面定义的计数器模块，并将其内部信号和端口连接到外部接口。

Verilog-HDL基础知识第⼆章 Verilog-HDL基础知识1.Verilog-HDL概述1.1 什么是硬件描述语⾔（HDL）HDL：Hardware Description Language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，可以描述硬件电路的功能、信号连接关系和定时关系。

1.2 使⽤HDL的优点电路的逻辑功能容易理解；便于计算机对逻辑进⾏分析处理；把逻辑设计与具体电路的实现分成两个独⽴的阶段来操作；逻辑设计与实现的⼯艺⽆关；逻辑设计的资源积累可以重复利⽤；可以由多⼈共同更好更快地设计⾮常复杂的逻辑电路（⼏⼗万门以上的逻辑系统）。

1.3 Top_Down设计思想1.4 Verilog-HDL简介1.4.1 Verilog HDL的发展1.4.2 Verilog-HDL与VHDL的⽐较☆ VHDL－VHSIC Hardware Description Language。

VHDL于 1987年成为IEEE标准。

☆ Verilog-HDL简单易学，语法⽐较灵活。

VHDL语法严谨，需要较长的时间学会。

☆ Verilog-HDL在系统抽象⽅⾯⽐VHDL略差，但在门级开关电路描述⽅⾯⽐VHDL强。

1.4.3 Verilog-HDL 的应⽤ASIC和FPGA设计师可⽤它来编写可综合的代码。

描述系统的结构，做⾼层次的仿真。

验证⼯程师编写各种层次的测试模块对具体电路设计⼯程师所设计的模块进⾏全⾯细致的验证。

库模型的设计：可以⽤于描述ASIC 和FPGA的基本单元（Cell）部件，也可以描述复杂的宏单元（Macro Cell）。

1.4.4 Verilog-HDL的抽象级别⽤Verilog-HDL描述的电路设计就是该电路的Verilog HDL模型，这些模型可以是实际电路的不同级别的抽象，这些抽象的级别和它们对应的模型类型共有以下五种：?系统级(system): ⽤⾼级语⾔结构实现设计模块的外部性能的模型。

第五章 Verilog-HDL电路设计1.基础知识1.1 模块结构端口定义 module 模块名(输入输出端口列表);端口说明 input 输入端口；output 输出端口;信号说明 wire[n-1:0] x, y, z;reg[n-1] u, v, w;功能定义1.2数据类型reg型wire型1.3基本语句assign语句，过程赋值语句（=和<=）if …else 和case语句for和while语句always和initial块语句1.4建模方法结构建模（门级建模和模块实例化）行为建模（数据流建模和顺序行为建模）2.基本逻辑电路2.1 引例设计实现一个3人表决电路，若3个人中有2人或者超过2人同意，则表决通过；否则表决不通过。

解：①理解题意。

设a, b, c分别代表3个人，同意用1表示，不同意用0表示。

y代表表决结果，1表示通过，0表示不通过。

根据题意，当a,b,c三个中有2个为1，或者3个为1时，y=1；否则y=0。

②根据题意，列真值表：a b c y00000010010001111000101111011111③根据真值表，列输出方程：④化简方程⑤ 根据化简后的方程画出电路图2.1.1 对应①建模①当a, b ,c三个中有2个为1，或者3个为1时，y=1；否则y=0. module decision_1(a,b,c,y);input a,b,c;output y;reg y;always @(a, b, c)if ((a&b==1)|(b&c==1)|(c&a==1)|(a&b&c==1))y = 1;elsey = 0;endmodule2.1.2 对应②建模②真值表a b c y00000010010001111000101111011111module decision_2(a,b,c,y);input a,b,c;output y;reg y;always @(a, b, c)case ({a, b, c})3'b000:y = 0;3'b001:y = 0;3'b010:y = 0;3'b011:y = 1;3'b100:y = 0;3'b101:y = 1;3'b110:y = 1;3'b111:y = 1;endcaseendmodule2.1.3 对应③建模③根据真值表，列输出方程module decision_3(a,b,c,y);input a,b,c;output y;assign y = (~a&b&c)|(a&~b&c)|(a&b&~c)|(a&b&c);endmodule..4 对应④建模④化简方程module decision_4(a,b,c,y);input a,b,c;output y;assign y = (b&c)|(a&c)|(a&b);endmodule..5 对应⑤建模module decision_5(a,b,c,y);input a,b,c;output y;wire ab, bc, ca;and (ab, a, b),(bc, b, c),(ca ,c, a);or (y, ab, bc, ca);endmodule.1 基本组合逻辑电路数字逻辑电路就本质而言，分为组合逻辑和时序逻辑两大类。

VerilogHDL语法基础1 Verilog是⼤⼩写相关的，其中的关键字全部为⼩写。

2 空⽩符由空格、制表符、和换⾏符组成。

3 单⾏注释以“//”开始，verilog将忽略此处到⾏尾的内容。

多⾏注释以“”结束。

多⾏注释不允许嵌套4 操作符有三种：单⽬操作符、双⽬操作符和三⽬操作符。

5 数字声明 Verilog中有两种数字声明：指明位数的数字和不指明位数的数字 指明位数的数字表⽰形式：’ Size⽤来指明数字位宽度，只能⽤⼗进制整数表⽰ Base format包括⼗进制(’d或’D)，⼆进制（’b或’B），⼋进制(‘o或’O)，⼗六进制(‘h或’H) 例如 4’b1111 //4位2进制数 12’h3ac //12位16进制数 不指明位数的数字：如果数字说明中没有指定基数，那么默认表⽰为⼗进制数。

如果没有指定位宽，则默认的位宽度与仿真器和使⽤的计算机有关（最⼩为32位）。

‘o21 //32位⼋进制数 X值和Z值：不确定值⽤X表⽰，⾼阻⽤Z值表⽰。

在⼋进制数中代表3位，⼗六进制中代表4位。

12’h12X //这是⼀个12位16进制数，其中低四位不确定 负数：在表⽰位宽的数字前⾯增加⼀个减号来表⽰它是⼀个负数。

-6’d3 //⼀个6位的⽤⼆进制补码形式存储的⼗进制数3，表⽰负数 -6’sd3 //⼀个6位的带符号算数运算的负数 下划线符号和问号：除了第⼀个字符，下划线“_”可以出现在数字中的任何位置，它的作⽤只是提⾼可读性，在编译阶段会被忽略掉 问号“？”是z的另⼀种表⽰，使⽤问号的⽬的在于增强casex和casez语句的可读性。

在这两条语句中，“？”表⽰不必关⼼的情况。

12’B1111_0011_1110 // 增强可读性 4’b10?? //相当于4’b10zz6 字符串是双引号括起来的⼀个字符队列。

对于字符串的限制是，它必须在⼀⾏中书写完，不可书写在多⾏中，也不能包含回车符。

Verilog将字符串当作⼀个单字节的ASCII字符队列。

•概述•Verilog HDL 的基本结构•运算符•语句•Verilog HDL模型级别•数据类型及常量、变量•语句的顺序执行与并行执行第8章Verilog HDL§8.1概述一、什么是Verilog HDL？Verilog HDL是一种应用广泛的硬件描述性语言，是硬件设计人员和电子设计自动化（EDA）工具之间的界面。

其主要目的是用来编写设计文件，建立电子系统行为级的仿真模型。

即利用计算机的巨大能力对用Verilog HDL或VHDL建模的复杂数字逻辑进行仿真，然后再自动综合以生成符合要求且在电路结构上可以实现的数字逻辑网表（Netlist），根据网表和某种工艺的器件自动生成具体电路，然后生成该工艺条件下这种具体电路的延时模型。

仿真验证无误后用于制造ASIC芯片或写入EPLD和FPGA 器件中。

二、Verilog HDL语言的主要特征1、语法结构上，Verilog HDL语言与C语言有许多相似之处，并借鉴C语言的多种操作符和语法结构。

2、Verilog HDL语言既包含一些高层次程序设计语言的结构形式，同时也兼顾描述硬件电路具体的线路连接。

3、通过使用结构级或行为级描述可以在不同的抽象层次描述设计。

包括三个领域和五个抽象层次，如下表8.1 所示。

行为领域结构领域物理领域系统级性能描述部件及它们之间的逻辑连接方式芯片模块电路板和物理划分的子系统算法级（芯片级）I/O 应答算法级硬件模块数据结构部件之间的物理连接电路板底盘等寄存器传输级并行操作,寄存器传输,状态表ALU 、多路选择器、寄存器、总线微定序器、微存储器之间的物理连接方式芯片、宏单元逻辑级布尔方程门电路、触发器、锁存器标准单元布图电路级微分方程晶体管、电阻、电容等晶体管布图三个领域五个抽象层次4、Verilog HDL语言是并行的，即具有在同一时刻执行多任务的能力，因为在实际硬件中许多操作都是在同一时刻发生的。

一般来讲，计算机编程语言是非并行的。

VERILOGHDL语⾔基础第1节 Verilog HDL语⾔简介Verilog HDL语⾔简介Verilog HDL和VHDL是⽬前世界上最流⾏的两种硬件描述语⾔（HDL：Hardware Description Language），均为IEEE标准，被⼴泛地应⽤于基于可编程逻辑器件的项⽬开发。

⼆者都是在20世纪80年代中期开发出来的，前者由Gateway Design Automation公司（该公司于1989年被Cadence公司收购）开发，后者由美国军⽅研发。

HDL语⾔以⽂本形式来描述数字系统硬件结构和⾏为，是⼀种⽤形式化⽅法来描述数字电路和系统的语⾔，可以从上层到下层来逐层描述⾃⼰的设计思想。

即⽤⼀系列分层次的模块来表⽰复杂的数字系统，并逐层进⾏验证仿真，再把具体的模块组合由综合⼯具转化成门级⽹表，接下去再利⽤布局布线⼯具把⽹表转化为具体电路结构的实现。

⽬前，这种⾃顶向下的⽅法已被⼴泛使⽤。

概括地讲，HDL语⾔包含以下主要特征：* HDL语⾔既包含⼀些⾼级程序设计语⾔的结构形式，同时也兼顾描述硬件线路连接的具体结构。

* 通过使⽤结构级⾏为描述，可以在不同的抽象层次描述设计。

HDL语⾔采⽤⾃顶向下的数字电路设计⽅法，主要包括3个领域5个抽象层次。

* HDL语⾔是并⾏处理的，具有同⼀时刻执⾏多任务的能⼒。

这和⼀般⾼级设计语⾔（例如C 语⾔等）串⾏执⾏的特征是不同的。

* HDL语⾔具有时序的概念。

⼀般的⾼级编程语⾔是没有时序概念的，但在硬件电路中从输⼊到输出总是有延时存在的，为了描述这⼀特征，需要引⼊时延的概念。

HDL语⾔不仅可以描述硬件电路的功能，还可以描述电路的时序。

2.1.1 Verilog HDL语⾔的历史1983年，Gateway Design Automation（GDA）硬件描述语⾔公司的Philip Moorby⾸创了Verilog HDL。

后来Moorby成为Verilog HDL-XL的主要设计者和Cadence公司的第⼀合伙⼈。

Verilog HDL（硬件描述语言）是一种用于描述数字电路和硬件设计的语言。

它被广泛用于数字电路设计、FPGA 编程和ASIC 设计等领域。

以下是Verilog HDL的一些基本语法要点：模块声明：Verilog程序通常由一个或多个模块组成。

每个模块的声明以关键字module 开始，后面跟着模块的名称和输入/输出端口的声明。

例如：module MyModule (input wire A,input wire B,output wire Y);// 模块的行为描述endmodule端口声明：端口声明包括输入（input）、输出（output）、双向（inout）端口，以及线（wire）或寄存器（reg）类型的端口。

端口声明通常在模块的参数列表中列出。

线声明：线（wire）用于表示组合逻辑电路中的连接，它们不存储任何状态。

寄存器（reg）用于表示时序逻辑电路中的状态元素，可以存储数据。

例如：wire A, B;reg [7:0] data;组合逻辑：组合逻辑使用assign 语句来描述，它定义了如何从输入信号计算输出信号。

例如：assign Y = A & B; // Y是A和B的逻辑与结果时序逻辑：时序逻辑通常使用always 块来描述。

它表示在时钟信号的边沿或电平触发时执行的操作。

例如：always @(posedge clk) beginif (reset) begindata <= 8'h00;end else begindata <= data + 1;endend条件语句：Verilog使用if、else if 和else 来描述条件分支。

例如：if (condition1) begin// 条件1成立时的操作end else if (condition2) begin// 条件2成立时的操作end else begin// 以上条件都不成立时的操作end模块实例化：你可以在其他模块内部实例化已定义的模块，并连接其输入和输出。