SystemVerilog硬件设计及建模—第10章概要

SystemVerilog硬件设计及建模引言在硬件设计领域，SystemVerilog是一种广泛使用的硬件描述语言。

它结合了Verilog HDL和一些现代编程语言的特性，使得硬件设计和建模更加高效和灵活。

本文将介绍SystemVerilog的基本概念和语法，以及如何利用它进行硬件设计和建模。

SystemVerilog基础模块和端口在SystemVerilog中，设计被组织成一个个模块。

每个模块由一个或多个端口组成，其中包含输入端口、输出端口和双向端口。

端口是模块与外部世界之间通信的接口。

以下是一个简单的SystemVerilog模块的示例：module MyModule(input wire clk, input wire rst, input wire A, input wire B, output wire C);// 模块逻辑always @(posedge clk or posedge rst)if (rst)C <= 0;elseC <= A & B;endmodule数据类型SystemVerilog支持多种数据类型，包括基本数据类型（如整数和实数）和复杂数据类型（如数组和结构体）。

它还支持用户自定义数据类型。

以下是一些常用的数据类型示例：•整数类型：int, bit, logic•实数类型：real, time•数组类型：int my_array[8]•结构体类型：typedef struct packed {int x;int y;} my_struct;时序和复位在SystemVerilog中，时序和复位是设计中非常重要的概念。

时序表示硬件的时间顺序行为，比如时钟上升沿触发的操作。

复位用于将设计状态恢复到初始状态。

以下是一个简单的时序和复位示例：always @(posedge clk or posedge rst)if (rst)// 复位逻辑else// 时序逻辑仿真和验证SystemVerilog提供了丰富的仿真和验证功能，以验证设计的正确性。

systemverilog 可综合语法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述SystemVerilog是一种硬件描述语言，其可综合语法用于描述硬件设计的行为和结构。

可综合语法是指在编写SystemVerilog代码时，能够被综合工具翻译成底层硬件电路，并最终映射到FPGA或ASIC等可编程器件上的语法规则和风格。

因此，可综合语法在硬件设计中起着至关重要的作用。

在硬件设计中，可综合语法使设计工程师能够通过代码描述硬件的功能和结构，包括处理器、逻辑电路、存储器等。

通过使用可综合语法，设计工程师可以更加灵活地实现各种功能和性能要求，同时也能提高设计的可维护性和可重用性。

SystemVerilog的可综合语法特点是其结构化的设计风格，丰富的数据类型和内置的高级语言功能。

与传统的硬件描述语言相比，SystemVerilog提供了更多的抽象层次和编程特性，可以更高效地完成复杂的硬件设计任务。

例如，SystemVerilog支持面向对象的设计方法，可以使用类和对象对设计进行建模和封装。

此外，SystemVerilog还提供了多种数据类型和运算符，使设计工程师可以更方便地处理各种数据和信号。

综上所述，可综合语法在SystemVerilog中具有重要的地位和作用。

通过使用可综合语法，设计工程师能够更加方便地描述和实现各种硬件功能，提高设计的效率和可靠性。

在今后的硬件设计中，可综合语法的应用将更加广泛，并且不断发展和完善，以满足不断变化的设计需求。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构的目的是为了给读者提供清晰的导航和理解文章的逻辑框架。

通过合理的结构，读者可以更好地理解文章的目的和内容，并能够有序地阅读和理解整个文档。

本文的结构如下：第一部分是引言部分，用于介绍文章的背景和相关信息。

在引言部分，我们将概述SystemVerilog可综合语法的定义和作用，并介绍本文的结构和目的。

第二部分是正文部分，主要内容是关于SystemVerilog可综合语法的定义和特点。

systemverilogSystemVerilog语⾔简介1. 接⼝（Interface）Verilog模块之间的连接是通过模块端⼝进⾏的。

为了给组成设计的各个模块定义端⼝，我们必须对期望的硬件设计有⼀个详细的认识。

不幸的是，在设计的早期，我们很难把握设计的细节。

⽽且，⼀旦模块的端⼝定义完成后，我们也很难改变端⼝的配置。

另外，⼀个设计中的许多模块往往具有相同的端⼝定义，在Verilog中，我们必须在每个模块中进⾏相同的定义，这为我们增加了⽆谓的⼯作量。

SystemVerilog提供了⼀个新的、⾼层抽象的模块连接，这个连接被称为接⼝（Interface）。

接⼝在关键字interface和endinterface之间定义，它独⽴于模块。

接⼝在模块中就像⼀个单⼀的端⼝⼀样使⽤。

在最简单的形式下，⼀个接⼝可以认为是⼀组线⽹。

例如，可以将PCI 总线的所有信号绑定在⼀起组成⼀个接⼝。

通过使⽤接⼝，我们在进⾏⼀个设计的时候可以不需要⾸先建⽴各个模块间的互连。

随着设计的深⼊，各个设计细节也会变得越来越清晰，⽽接⼝内的信号也会很容易地表⽰出来。

当接⼝发⽣变化时，这些变化也会在使⽤该接⼝的所有模块中反映出来，⽽⽆需更改每⼀个模块。

下⾯是⼀个接⼝的使⽤实例：interface chip_bus;// 定义接⼝wire read_request, read_grant;wire [7:0] address, data;endinterface: chip_busmodule RAM (chip_bus io,// 使⽤接⼝input clk);// 可以使⽤io.read_request引⽤接⼝中的⼀个信号endmodulemodule CPU(chip_bus io, input clk);...endmodulemodule top;reg clk =0;chip_bus a;// 实例接⼝// 将接⼝连接到模块实例RAM mem(a, clk);CPU cpu(a, clk);endmodule实际上，SystemVerilog的接⼝不仅仅可以表⽰信号的绑定和互连。

VerilogHDL建模概述Verilog HDL 建模概述在数字电路设计中，数字电路可简单归纳为两种要素：线和器件。

线是器件管脚之间的物理连线；器件也可简单归纳为组合逻辑器件（如与或⾮门等）和时序逻辑器件（如寄存器、锁存器、RAM等）。

⼀个数字系统（硬件）就是多个器件通过⼀定的连线关系组合在⼀块的。

因此，Verilog HDL的建模实际上就是如何使⽤HDL语⾔对数字电路的两种基本要素的特性及相互之间的关系进⾏描述的过程。

下⾯通过⼀些实例，以便对Verilog HDL 的设计建模有个⼤概的印象。

1 模块模块（module）是Verilog 的基本描述单位，⽤于描述某个设计的功能或结构及与其他模块通信的外部端⼝。

模块在概念上可等同⼀个器件就如我们调⽤通⽤器件（与门、三态门等）或通⽤宏单元（计数器、ALU、CPU）等，因此，⼀个模块可在另⼀个模块中调⽤。

⼀个电路设计可由多个模块组合⽽成，因此⼀个模块的设计只是⼀个系统设计中的某个层次设计，模块设计可采⽤多种建模⽅式。

1.1 简单事例下⾯先介绍⼏个简单的Verilog HDL程序。

例[1] 加法器module addr (a, b, cin, count, sum);input [2:0] a;input [2:0] b;input cin;output count;output [2:0] sum;assign {count,sum} = a +b + cin;endmodule该例描述⼀个3位加法器，从例⼦可看出整个模块是以module 开始，endmodule 结束。

例[2] ⽐较器module compare （equal，a，b）；input [1:0] a,b; // declare the input signal ;output equare ; // declare the output signal;assign equare = (a == b) ? 1:0 ;/ * if a = b , output 1, otherwise 0；*/endmodule该例描述⼀个⽐较器，从上可看到，/* .... */ 和// ... 表⽰注释部分。

有关verilog 算法及建模1 有关C、Veilog HDL、VHDL (1)1.1 C与Verilog (1)1.2 Verilog HDL与VHDL (3)2 有关Verilog 中的一些语法 (5)2.1 运算符 (5)2.2 Wire、reg、tri、memory型 (6)2.3 assign和always语句 (6)2.4 阻塞赋值和非阻塞赋值 (8)2.5 Verilog中使用的一些关键字 (9)2.6 其他 (13)3 有关Verilog建模 (14)3.1软核、固核、硬核 (14)3.2 模块设计流程 (14)3.3 门级结构 (14)3.4 基本逻辑运算 (15)3.5 控制逻辑 (15)3.6 同步和异步 (16)3.7 有限状态机 (17)3.8 综合的一般原则 (20)4 有关总线和时钟 (21)4.1 I2C 双向二线制串行总线协议 (21)4.2时钟发生器的形成（分频的另外一种实现方式） (21)1 有关C、Veilog HDL、VHDL1.1 C与VerilogC 语言配合Verilog HDL 来设计算法的硬件电路块时考虑的三个主要问题：为什么选择C 语言与Verilog HDL 配合使用？C 语言与Verilog HDL 的使用有何限制？如何利用C 来加速硬件的设计和故障检测？1) 为什么选择C 语言与Verilog 配合使用首先，C 语言很灵活，查错功能强，还可以通过PLI（编程语言接口）编写自己的系任务直接与硬件仿真器（如Verilog-XL）结合使用。

C 语言是目前世界上应用最为广泛的一种编程语言，因而C 程序的设计环境比Verilog HDL 的完整。

此外，C 语言可应用于许多领域，有可靠的编译环境，语法完备，缺陷较少。

比较起来，Verilog 语言只是针对硬件描述的，在别处使用（如用于算法表达等）并不方便。

而且Verilog 的仿真、综合、查错工具等大部分软件都是商业软件，与C 语言相比缺乏长期大量的使用，可靠性较差，亦有很多缺陷。

SystemVerilog标准手册一、概述SystemVerilog是一种硬件描述和验证语言，它结合了Verilog HDL和VHDL的特性，并增添了许多新的功能和特性。

SystemVerilog的标准手册是SystemVerilog语言的权威参考资料，它详细说明了SystemVerilog的语法、语义和用法规范。

二、内容1. 语言基础SystemVerilog标准手册包含了SystemVerilog语言的基础知识，如数据类型、变量定义、控制结构、函数和任务等。

在这一部分，读者可以了解到SystemVerilog的基本语法和语言特性，为后续的学习和应用打下坚实的基础。

2. 对象和类SystemVerilog引入了面向对象的编程思想，允许用户定义自定义类型、类和对象。

SystemVerilog标准手册详细介绍了对象和类的定义、成员函数、继承和多态等相关内容，为用户提供了丰富的编程工具和技巧。

3. 验证方法SystemVerilog不仅可以用于硬件描述，还可以用于硬件验证。

SystemVerilog标准手册介绍了SystemVerilog的验证方法和工具，包括assertion、coverage、constrained randomization等内容，帮助用户编写高效且可靠的验证代码。

4. 高级特性除了基本的语言特性外，SystemVerilog还提供了许多高级的功能和特性，如接口、多线程、并发控制等。

SystemVerilog标准手册深入介绍了这些高级特性的用法和原理，帮助用户更好地理解和应用SystemVerilog语言。

5. 应用实例除了语法和特性的介绍外，SystemVerilog标准手册还提供了大量的实际应用示例，包括硬件描述、验证代码和仿真模型等。

这些应用实例可以帮助用户更直观地了解SystemVerilog语言的实际应用场景，加深对SystemVerilog的理解和掌握。

三、重要性SystemVerilog标准手册是学习和使用SystemVerilog语言的重要参考资料。

《Verilog硬件设计》课程教学大纲课程代码：课程类别：专业选修课适用专业：适用年级：学分： 2 学时：32 理论学时：16 实践学时：16执笔人：审定人：开课单位：日期：一、课程定位（一）课程在专业培养中的定位及作用《Verilog硬件设计》课程是通信工程的专业方向课。

根据我院应用型本科的定位，该课程要理论结合实践，培养学生的工程思维能力、解决实际问题能力和和创新能力。

教学内容主要包括Verilog语言各种逻辑运算的语法，单目、双目及三目运算，条件运算符；连续赋值语言的使用，阻塞与非阻塞语句的使用方法；模块例化及端口连接方法；常用系统函数及编译语句使用；激励模块应用实例；仿真环境建立方法；断言验证实例；门级和行为级建模方法；EDA仿真综合工具基本使用方法等。

注重培养学生的实践动手能力，使学生初步具备使用Verilog语言进行电子产品设计的能力，掌握集成开发环境及仿真器的使用，熟练电子产品硬件设计，熟悉数字系统正向设计流程及FPGA设计步骤。

并使学生逐步建立工程分析和解决问题的能力，为后续的电类课程打下坚实的基础。

（二）本门课程与其他课程的关系先修课程：《计算机应用基础》、《电路分析基础》、《大学物理》、《高等数学》、《数字电子技术》（可以同步）。

（三）教学目标通过本课程的学习，要求学生掌握Verilog语言各种逻辑运算的语法，包括单目，双目及三目运算，条件运算符；连续赋值语言的使用，阻塞与非阻塞语句的使用方法；模块例化及端口连接方法；常用系统函数及编译语句使用；激励模块应用实例；仿真环境建立方法；断言验证实例；门级和行为级建模方法；EDA仿真及综合工具基本使用方法，为后续课程的学习打下坚实基础。

二、教学内容的学时安排序号章节名称主要内容学时建议理论学时实践学时1第一章层次建模的概念模块的基本构成元素 22 第二章门级建模写出真值表 23 第三章数据流建模逻辑表达式及Verilog代码 2 24 第四章行为级建模使用case语句设计mux4 2 45 第五章实用建模技术always语句使用方法 2 46 第六章时序和延迟$setup, $hold函数使用方法 2 27 第七章开关级建模Tranif0/1使用方法 2 28 第八章断言验证技术SV验证基本结构及语法 2 2合计16 16 总计32三、教学建议在课程的教学过程中，从课程知识结构总体出发，重点学习Verilog基本语法、编程应用及仿真验证技术，加强实践性环节，增加一些新的知识内容，课堂教学、上机实验和自我阅读等多种学习方法相结合，鼓励学生向“自主学习”方式过渡，进一步培养学生分析问题和解决实际问题的能力。

语言简介( SystemVerilog 语言简介(一)1. 接口（Interface） Verilog 模块之间的连接是通过模块端口进行的。

为了给组成设计的各个模块定义端口，我 们必须对期望的硬件设计有一个详细的认识。

不幸的是，在设计的早期，我们很难把握设计的细 节。

而且，一旦模块的端口定义完成后，我们也很难改变端口的配置。

另外，一个设计中的许多 模块往往具有相同的端口定义，在 Verilog 中，我们必须在每个模块中进行相同的定义，这为我 们增加了无谓的工作量。

SystemVerilog 提供了一个新的、高层抽象的模块连接，这个连接被称为接口（Interface）。

接口在关键字 interface 和 endinterface 之间定义，它独立于模块。

接口在模块中就像一个单一 的端口一样使用。

在最简单的形式下，一个接口可以认为是一组线网。

例如，可以将 PCI 总线的 所有信号绑定在一起组成一个接口。

通过使用接口， 我们在进行一个设计的时候可以不需要首先 建立各个模块间的互连。

随着设计的深入，各个设计细节也会变得越来越清晰，而接口内的信号 也会很容易地表示出来。

当接口发生变化时， 这些变化也会在使用该接口的所有模块中反映出来， 而无需更改每一个模块。

下面是一个接口的使用实例： interface chip_bus; // 定义接口 wire read_request, read_grant; wire [7:0] address, data; endinterface: chip_bus module RAM (chip_bus io, // 使用接口 input clk); // 可以使用 io.read_request 引用接口中的一个信号 endmodule module CPU(chip_bus io, input clk); ... endmodule module top; reg clk = 0; chip_bus a; // 实例接口 // 将接口连接到模块实例 RAM mem(a, clk); CPU cpu(a, clk); endmodule实际上，SystemVerilog 的接口不仅仅可以表示信号的绑定和互连。

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。

SystemV erilog简介设计SystemV erilog简介★北京航空航天大学夏宇闻【l】国集成电路ChinaIntegratedCircuit摘要:美国电气和电子工程师协会(IEEE)最近(2005年11月9日)批准了SystemV erilog硬件描述语言的新标准.新标准是为了适应目益复杂的系统芯片(SoC)设计在原V erilog 一2001的基础上扩展的.按新标准开发的EDA工具必将大幅度地提高SoC的设计和验证效率.本文对新标准的扩展做了简要的介绍,希望引起国内IC设计界对这种功能强大语言的重视.月lJ吾SystemV erilog是IEEE最近推出的硬件描述和验证语言,它是在原V erilog(IEEE1364—1995和一2001)基础上扩展的新语言.这种新语言将设计和验证所需的语言组合成同一种语言.而且Sys—temV erilog还是V erilog一2001的超集.因此,目前的V erilog用户使用SystemV erilog不存在任何问题.SystemV erilog一问世就拥有大量承诺支持它的供应商,这一切都预示着SystemV erilog会有良好的市场前景.SystemV erilog与V erilog有许多重要的区别.第一,SystemV erilog提供了完整的仿真模型,它将每个时隙细分成11个有序的段,并规定了每个段内必须发生的事件.这样就可以避免当仿真包含反应性测试平台,覆盖率分析工具和相互作用的第三方c模型在内的各种模型时,有可能发生的某些不确定性.第二,SystemV erilog具有类似c++语言的一些高级数据类型和功能,如:结构体,联合体,打包和非打包的数组,动态存储器分配和动态进程等,更适合测试平台的开发和系统级建模.第三,仿真和静态验证工具可以使用相同的声明集合.第四,Sys—temV erilog的新扩充还包括了接口块,断言函数等. 这些扩展使得SystemV erilog可以在更高的抽象层次上,更方便地为复杂IP之间的连接,测试验证和查错建立模型,显着地提高了代码的可读性,可维护性,设计和验证效率,极大地提高了编写测试平台的能力.SystemV erilog由OVI(OpenV erilogInternation—a1)和VI(VHDLInternatioan1)两个国际标准化组织合作成立的Accellera集团推出,主要用于数字系统芯片的设计和验证流程.由于SystemV eHlog具有与高级编程语言(如C语言)直接连接调试的强大功能,为系统级软硬件协同设计验证提供了极大的方便,因此对包括软硬件在内的现代复杂SoC设计有非常深远的意义.读者若想全面深入地理解和掌握语法的要点,不但需要认真阅读SystemV erilogLRM(语法手册), 还需要上机练习才行.为了帮助读者用最少的时间初步了解SystemV erilog标准所做的扩展,作者将从下面30个方面,对最近批准的SystemV erilog标准作简要的介绍.1)数组在V erilog中可以声明数组类型,reg和线网类型还可以具有矢量位宽.在对象名前面声明的位宽表示变量的位宽,在对象名后面声明的维数表示数编者注:IEEE刚刚于2005年11月9日批准SystemV erilog硬件描述语言的新标准之际,夏宇闻老师为我刊编写了本文.具体介绍了这一标准语言,相信一定能受到广大设计人员,尤其是SOC设计人员的欢迎.r笛R1蝴,_曩岛程曩曩■～,.…..一……由国集成电路ChinaIntegratedCircuit组的个数.举例如下:reg[7:O】rl[1:256】;//声明rl为256个8位的变量在Systemverilog中设计者可使用不同的术语表示数组:使用"打包数组(packedarray)"这一术语表示在对象名前面声明的数组的维数;使用"非打包数组(unpackedarray)"这一术语表示在对象名后面声明的数组的维数.打包数组可以由下面的数据类型组成:bit,logic,reg,wire以及其它的线网类型.无论是打包数组还是非打包数组都可以声明成多维的.举例如下:bit[7:0】a;//打包数组a为bit类型(双值)只有一个包(包由字节,即8位,组成)bitb[7:O】;//非打包数组b为bit类型(双值)(一位),共有8位从b[O】到b[7】bjt[0:11][7:0卜;//打包数组c(每包12个字节),只有一个包bit[3:0】【7:0】d[1:1O】;//d的每个包由4个字节(8位)组成,d共有l0个非打包的包上例中非打包数组大小的定义([1:10】)放在打包数组(d)定义之后,这就允许将整个打包数组(4个字节)作为单一的元素进行引用.在上面的例子中,d[1】引用非打包数组的第一个元素,该元素由4 个字节组成.2)枚举类型V erilog~法中没有枚举类型.标识符必须显式地声明为线网,变量或参数,并赋值.SystemV erilog 允许使用类似于C的语法定义枚举类型.枚举类型具有一组被命名的初始值.缺省情况下,初始值从0 开始递增,但是设计者也可以显式地指定初始值. 枚举类型的例子如下:enum{red,yellow,green}RGB;//red=2'b0,yellow=2'b01.green=2'blO;enum{W AIT=2'b01,LOAD,DONE}states;//LOAD=2'bl0.DONE=2'bl1:设计者还可以使用typedef为枚举类型指定一个名字,从而允许这个枚举类型可以在许多地方使hHn.Ij,^^?^IIr,tmr-r,^m设计用.例如:typedefenum{FALSE=I'b0,TRUE}boolean; booleanready;booleantest——complete;3)结构体和联合体V erilog语法中没有结构体或联合体,而结构体或联合体在把几个声明组合在一起的时候非常有用. SystemV erilog增加了结构体和联合体,其语法类似于C.struct{reg[15:0】opcode;reg[23:0】addr;}IR;//声明IR是一个结构体,由两部分组成:16位的操作码opcode和24位的地址addrunion{intI:shortrealf=}N;结构体或联合体中的域可以通过在变量名和域名字之间插入句点()来引用:IR.opcode=1;//设置IR变量中的opcode域N.f=O.O;//将N变量中的f域设置成浮点数的值O.O设计者可以使用typedef为结构体或联合体的定义指定名字,举例如下.typedefstruct{reg[7:0】opcode;reg[23:0】addr;}instruction;//命名的结构体,instruction是一个由两部分//(16位的操作码opcode和24位的地址addr)组成的指令instructionIR://结构体实例,定义IR具有指令(instruction)同样的结构结构体可以使用值的级联来完整地赋值,例如:instruction={5,200];//表示操作码为5,地址为200 结构体可以作为整体传递到函数或任务,也可以从函数或任务传递过来,也可以作为模块端口进行传递.4)接口(Interface)V erilog模块之间的连接是通过模块端口进行的.为了给构成设计的各个模块定义端口,设计者必须对所做的硬件设计有详细的认识.但在设计的初期,设计者很难把握设计的细节.而一旦模块的端口定义完成后,端口的配置就很难改变.另外, 设计中的许多模块往往具有相同的端口名,在V er—ilog语言中,设计者必须对每个模块进行相同的定义和连接,这增加许多无谓的工作量.SystemV erilog提供了一个全新的,高层抽象的连接定义块,这个连接块被称为接口(Interface).接口块在关键字interface和endinterface之间定义,它独立于模块.接口在模块中就像独立端口一样使用. 在最简单的形式下,接口可以认为是一组线网.例如,可以将PCI总线的所有信号绑定在一起组成一个接口.借助于接口块的定义,编写代码时若遇到许多个实例互相连接的情况,可以不必逐一建立各模块对应端口间的连接,大大加快了设计工作.随着设计的深入,设计细节逐渐变得清晰,许多模块的接口需要添加和修改.而对接口块所做的修改,可在使用该接口块的每个模块中反映出来,而无需逐个修改每个模块的接口,大大节省了相关模块接口修改的工作量.下面是接口的使用实例: interfacechip—bus;//定义接口chip—bus wireread_request,read_grant;wire【7:0】address,data;endinterfacemoduleRAM(chip—busio,//RAM模块的端口中包含已定义的接口chip—bus,具体接口名为io inputclk);//可以使用io.read—request引用接口中的一个信号endmodU1emoduleCPU(chip——busio,inputclk);//CPU模块的端口中也使用了已定义的接口chip—bus,具体名为iomoduletop;regclk=0:chip—busa;//接口的实例引用,说明a是与chip—bus同样的接口RAMmem(.io(a),clk);//将接口a连接到mem实例模块的io接口CPUcpu(.io(a),clk);//将接口a连接到cpu实例模块的io接口endmodule实际上,SystemV erilog的接口不仅仅可以表示信号的绑定和互连.由于SystemV erilog的接口中可以包含参数,常量,变量,结构,函数,任务,initial块, always块以及连续赋值语句,所以SystemVerilog的接口还可以包含内建的协议检查,以及使用该接口的每个模块共用的功能.5)随机激励信号的产生在设计中,总是有一些边角情况是比较不容易发生,或是不容易想到的,因此借助随机产生的测试激励,可以帮助验证边角情况.V erilog已经具有$random来产生随机数,但设计者并无有效办法控制该随机数的范围与顺序.在SystemV erilog3.1里, 增加了rand与randc两个对象类,用于设定随机数产生的条件.下例中设计者声明一个名为Bus的类, 并规定地址总线的最低的两位必须为0.而在使用时,利用rand类里的randomize子类,产生50个随机数据与地址,大大简化了V erilog原来产生随机数的手段.classBus;randbit[15:0】addr;randbit[31:0】data;constraintword_align{addr[1:0】=='2b0;} endclassrepeat(50)beginif(bus.randomize0==1)$displayfIIaddr=%16hdata=%hha",bus.addr,bus.data);else$display("Randomizationfailed.\n");end6)时间单位和精度在V erilog中,表示时间的值使用一个数来表示,而不带有任何时间单位.例如:forever#5clock=～clock;单从这一语句中,设计者无法判断5代表的是5ns?5ps?还是5us.V erilog的时间单位和精度是作为每个模块的属性,在模块代码前用编译器指令,timescale来设置.使用这种方法存在固有的缺陷, 因为编译器指令的执行依赖于源代码的编译顺序, 编译器总是将它遇到的最后一个,timescale设置的时间单位和精度作为标准.那么,若有些模块代码没有用,timescale设置时间单位和精度,当这种源代码前缺少时间单位定义的模块与有,timescale设置的模块一起仿真时,就有可能出现完全想象不到的结果.●,●●^.Ih…^…i……一SystemV erilog为了能更方便地控制时间单位,做了两个重要的改进.1)时间值可以显式地指定为某一个单位.时间单位可以在S,ms,ns,ps或fs之间选择,时间单位作为时间值的后缀出现.例如: forever#5nsclock=～clock;2)SystemV erilog允许使用新的关键字(timeu—nits和timeprecision)来指定时间单位和精度.这些声明可以在任何模块中指定,同时也可以在全局空间中指定.时间单位和精度必须是10的幂,范围可以从S到fs.例如:timeunits1ns;timeprecision10ps;7)抽象数据类型V erilog提供了面向底层硬件的线网,寄存器和变量数据类型.这些类型代表了4态逻辑值,通常用来在底层J二对硬件进行建模和验证.线网数据类型还具有多个强度级别,并且能够为多驱动源的线网提供解析功能.SystemV erilog包括了C语言的char和int数据类型,它允许在V erilog模型和验证程序中直接使用c和c++代码.V erilogPLI不再需要整合总线功能模型,算法模型和C函数.SystemVerilog还为V er—ilog加入了几个新的数据类型,以便能够在更抽象的层次上为硬件电路建模.char:两态的有符号变量,它与C语言中的char数据类型相同,可以是一个8位整数(ASCII)或shortint(Unicode):int:两态的有符号变量,它与C语言中的int数据类型相似,但被精确地定义成32位; shortint:两态的有符号变量,被精确地定义成l6位;longint:两态的有符号变量,它与C语言中的long数据类型相似,但被精确地定义成64位; byte:两态的有符号变量,被精确地定义成8位;bit:两态的可以具有任意位宽的无符号数据类型,可以用来替代V erilog的reg数据类型; logic:四态的可以具有任意位宽的无符号数据类型,可以用来替代V erilog的线网或reg数据类型,但具有某些限制;shortreal:两态的单精度浮点变量,与C语言的float类型相同;void:表示没有返回值,可以定义成函数的返回值,与C语言中的含义相同.SystemV erilog的bit和其他数据类型允许用户使用两态逻辑为设计建模,两态逻辑模型的仿真速度快,效率高.由于V erilog语言没有两态数据类型, 因此许多仿真器将这种功能作为仿真器的选项.有些仿真器不支持两态逻辑数据,所以有时在必须用三态或四态逻辑建模的设计中强制使用两态逻辑, 仿真器还会出现问题.而SystemV erilog的bit数据类型能够极大提高仿真器的性能,同时在需要的时候仍然可以使用三态或四态逻辑.用改变数据类型的方法来代替仿真器的逻辑状态选项,使得设计模型能适应多种仿真器.SystemV erilog的logic数据类型比V erilog的线网和寄存器数据类型更加灵活,它使得在任何抽象层次上为硬件建模变得更加容易.logic类型能够以下面的任何一种方法赋值:任意次的过程赋值语句赋值,能够替代V erilog的reg类型;单一的连续赋值语句赋值,能够有限地替代V erilog的wire类型;连接到单一原语的输出,能够有限制地替代V erilog的wire类型;由于logic数据类型能够被用来替代V erilog的reg或wire(具有限制),这就使得设计者能在更高的抽象层次上建模,并且随着设计的深人,能不断地添加设计细节而不必改变数据类型的声明.logic数据类型不能表示信号的强度,也不具有线逻辑的解析功能,因此logic数据类型比V erilog的wire类型能更有效地仿真和综合.8)有符号和无符号限定符缺省情况下,V erilog的net和reg数据类型是无符号类型,integer类型是有符号类型变量.V er—ilog一2001标准允许使用signed关键字将无符号类型显式地声明成有符号类型.SystemV erilog添加了类似的能力,它可以通过unsigned关键字将有符号数据类型显式地声明成有无符号数据类型.例如:值得注意的是unsigned在V erilog中是保留字,但并没有被V erilog标准使用.9)用户定义的类型V erilog不允许用户定义新的数据类型.Sys—temV erilog通过使用typedef提供了定义新的数据类型方法,这与C语言类似.用户定义的类型可以与其它数据类型一样地在声明中使用.例如: typedefunsignedintuint;uinta.h:用户定义的数据类型可以在它的定义之前使用,只要它首先在空的typedef中说明,例如: typedefint48;//空的typedef,即虽然定义了int48,但究竟int48定义成什么?//还需要在其他地方进行完整的定义int48c;//虽然int48具体如何定义并未确定,但可以把c定义为是int48类型的.10)在命名块中声明变量V erilog允许变量在命名的begin—end或fork—join语句组中声明.对于命名的语句组来说,在块内定义的变量是本地的,但它们可以用层次化命名方法引用它们.在SystemV erilog中,变量既可以在命名的块中也可以在未命名的块中声明,对在未命名的块中声明的变量,不能使用层次名来访问,所有的变量类型,包括用户定义的类型,枚举类型,结…IIII【l】国集成电路斗』■ChinaIntegratedCircuit构体和联合体都可以在begin—end或fork-join命名的语句组中声明.11)常量在V erilog中有三种特殊类型的常量:parame—ter,specparam和localparam.而在SystemV erilog中, 允许使用const关键字声明常量.例如: constcharcolon=":":12)可重定义的数据类型SystemV erilog扩展了V erilog的参数(parame—ter)功能,使其可以包含数据类型.若模块定义了参数,用于表示数据类型,则在引用该模块的实例时,可通过参数传递重新定义每个实例中的数据类型. 例如:modulefoo;#(parametertypeVAR—TYPE=shortint;). (inputlogic[7:0】i,outputlogic[7:0】o);V AR_TYPEJ=0;//如果不重新定义,j的数据类型为shortintmodulebar;logic[3:0】i,o;foo#(.VAR_TYPE(int))ul(i,o);//重新将V AR—TYPE定义成int类型endmodule13)模块端口连接在V erilog中,可以连接到模块端口的数据类型被限制为线网类型以及变量类型中的reg,integer和time.而在SystemVerilog中,则去除了这种限制,任何数据类型都可以通过端口传递,包括实数,数组和结构体.14)用字母赋值ht}n.IhAAAAA!,,im,1,,n在V erilog中,用字母赋值时候有一些约定.而SystemV erilog则为用字母赋值作了下面的改进:变量的所有位可以方便地用字母(,0,,1,,z或,X)赋值.填充一个任意位宽的矢量,而无需显式地指定矢量的位宽,例如:bit【63:0]data;data=,1;//将data的所有位(共64位)都设置成1 15)字符串(string)SystemV erilog添加了可变长度的字符串数据类型,使用者不需声明字符串数据的长度,编译工具会自动判断.而SystemV erilog也提供了常用字符串处理函数,例如putcO,getc0,atoi0,itoa0等,而口些字符串处理函数功能以前必须通过PLI函数才能实现.16)强制类型转换V erilog不能将一个值强制转换成不同的数据类型.SystemV erilog通过使用&lt;数据类型&gt;'操作符提供了数据类型的强制转换功能.这种强制转换可以转换成任意类型,包括用户定义的类型.例如:int'(2.03.0)//将计算结果转换为int类型m~ype'(foo)//将转换为m~ype类型在强制转换操作符前指定一个10进制数可以用来确定转换后的矢量位宽,例如:17'(x一2)∥将结果转换为17位宽也可以将结果转换成有符号值,例如:signed'(x)//将x转换为有符号值17)操作符V erilog没有C语言的递增(++)和递减(一)操作符.而SystemV erilog加人了几个新的操作符:++和～:递增和递减操作符;+=,一=,术=,/=,%=,&amp;=,=,I=,&lt;&lt;=,&gt;&gt;=,&lt;&lt;&lt;= 和&gt;&gt;&gt;=赋值操作符;18)具有唯一性和优先级的条件语句在V erilog中,如果没有遵循严格的编码风格,它的if-else和case语句会在RTL仿真和RTL综合间具有不一致的结果.如果没有正确使用full_case和parallel—case综合指令还会引起一些其它的错误.SystemV erilog~够显式地指明什么时候条件语句的分支是唯一的,或者什么时候需要计算优先级. 设计者可以在if或case关键字之前使用unique或requires关键字.这些关键字可以向仿真器,综合编译器,以及其它工具指示设计者期望的硬件类型.工具使用这些信息来检查if或case语句是否正确地为期望的逻辑建立了模型.例如,如果使用unique 限定了条件语句,那么在不希望的case值出现的时候仿真器就会发布警告信息.bit[2:0】a;uniqueif((a--O)lI(a==1))Y=inl;elseif(a==2)Y=in2;elseif(a==4)Y=in3;//值3,5,6,7会引起一个警告priorityif(a[2:1】==0)Y=inl;//a是0或1elseif(a[2】==0)Y=in2;//a是2或3elseY=in3;//如果a为其他的值uniquecase(a)0,1:Y=inl;2:Y=in2;4:Y=in3;endcase//值3,5,6,7会引起一个警告prioritycasez(a)2'bOO?:Y=inl;//a是0或12'b077:Y=in2;//a是2或3default:Y=in3;//如果a为其他的值endcase来跳转到新的语句,包括:retum,break,continue和goto.在V erilog中除了通过使用disable语句跳转到语句组的尾部外,没有提供任何其它跳转语句.使用disable语句执行中止和继续功能要求加入块的名字,并且会产生不直观的代码.SystemV erilog加入了C语言的break和continue关键字,这两个关键字不要求使用块名字.另外,SystemV erilog还加入了一个retum关键字,它可以用来在任何执行点上退出一个任务或函数.break:退出一个循环,与C语言相同;continue:跳转到一个循环的尾部,与C语言相同;retum表达式:退出一个函数;retum:退出一个任务或void类型的函数. SystemV erilog没有包含C语言中的goto语句.20l块名字和语句标签在V erilog中,设计者可以通过在begin或fork关键字之后指定名字来为begin—end或fork-jion语句组命名.这个指定的名字代表整个语句块.Sys—temV erilog还允许在end或iion关键字之后指定一个匹配的块名字.这种机制很容易将end或jion与对应的begin或fork联系起来,尤其是在一个长的块或嵌套的块中.块结尾处的名字是可选的,但如果使用的话,它必须与块起始处的名字相同.例如:begin:foo//在begin之后的块名字fork:bar//具有名字的嵌套的块jion:bar//必须具有相同的名字end:foo//必须具有相同的名字SystemV erilog还允许像c语言一样为单个语句19)跳转语句设置标签.语句标签放置在语句的前面,用来标识在语句的执行过程中,c语言提供了几种方式这条语句.例如:initialbegintestl:read—enable=0;test2:for(i=0;i&lt;=255;i++)end21)对事件控制的增强V erilog使用@标记来控制基于特定事件的执行流,SystemV erilog增强了@事件控制.●有条件的事件控制@标记的一个基本应用就是推断具有使能输入的锁存器.下面的例子演示了锁存器建模的基本风格.always@(dataoren)if(en)Y=data;这种编码风格对仿真来说是效率很低,因为即使在使能无效的时候,数据输入的每次改变都会触发事件控制,都要消耗仿真时间.SystemV erilog在事件控制中加入了一个赶条件.只有iff条件为真的条件下,事件控制才会被触发.通过将使能判断移入到事件控制里面,使得只有在锁存器输出能够改变的时候事件控制才会被触发.例如:always@(aoreniffen----1)Y a:●事件控制中的表达式V erilog允许在@事件控制列表中使用表达式,例如:always@((ab))always@(memory[address])在第一个例子中,是当操作数发生改变的时候还是只有当运算结果发生改变的时候才会触发事件控制?在第二个例子中,是当memory的地址发生变化的时候还是只有当memory的值发生变化的时候才会触发事件控制?当@事件控制中包含表达式的时候,IEEEVerilog标准允许仿真器进行不同的优化.这就可能导致在不同的仿真器间有不同的仿真结果,可能还会导致仿真与综合之间的结果不一致. ht●n.,^-^-^-Jr,lr,ma^,'^mSystemV erilog加入了一个changed关键字,在事件控制列表中它被用作一个修饰符.@(changed(表达式))能够显式地定义只有当表达式的结果发生改变的时候才会触发事件控制.例如:always@(changed(ab))always@(changedmemory[address])●事件控制中的赋值V erilog不允许在事件控制中使用赋值.Sys—temV erilog允许在事件控制中使用赋值表达式.事件控制仅仅对赋值表达式右侧的变化敏感.例如: always@(v=a$b)22)新的a1ways过程块V erilog使用always过程块来表示时序逻辑,组合逻辑和锁存逻辑的RTL模型.综合工具和其它软件工具必须根据过程起始处的事件控制列表以及过程内的语句来推断always过程的意图.这种推断会导致仿真结果和综合结果之间的不一致.Sys—temV erilog增加了三个新的过程来显式地指示逻辑意图.always—if:表示时序逻辑的过程块; always—comb:表示组合逻辑的过程块; always—latch:表示锁存逻辑的过程块.例如:always—comb@(aorborse1)beginif(se1)Y=a;elseY=b:end软件工具能够检查事件控制敏感列表和过程的内容来保证逻辑的功能匹配过程的类型.例如,工具能够检查一个always—comb过程能够敏感过程内读取的所有外部值,对逻辑的每一个分支的相同变量进行赋值,并且检查分支是否覆盖了所有可能的条件.如果任何一个条件没有满足,软件工具均会报告该过程没有正确建模组合逻辑.__________________————IL—一设计23)动态过程V erilog~过使用fork-jion提供了一种静态的并发过程.每个分支都是一个分离的,并发的过程.过程块中,fork-jion后的任何语句必须在组内的每一个过程完成后才会执行.例如:initialbeginf0rksend～packet—task(1,255,0);send—packet—task(7,128,5);watch—result—task(1,255,0);watch—result—task(7,128,5);iion//所有的任务必须完成后才会到达这里endSystemV erilog通过process关键字加入了一个新的,动态的过程.它为过程产生分支,然后继续执行而无需等待其他过程完成.过程不会阻塞过程或任务内的语句执行.这种方式能够为多线程过程建模. 例如:initialbeginprocesssend—packet—task(1,255,0);processsend—packet—task(7,128,5);processwatch—result—task(1,255,0);processwatch—result—task(7,l28,5);end//所有的过程并行运行24)并行处理硬件设计常遇到需要并行处理的情况,此时在资源分配和同步操作上需要认真安排时序.由于并行处理一般由硬件实现,硬件可以由设计者自行安排,不存在实现的问题.但编写测试模块,则是希望代码简明扼要,可读性好,仿真效率高.在同步仿真模块的编写时,原V erilog的folk-join语句可以让指定的一组动作同时启动,但必须等所有的动作都完成后,才能结束.SystemV erilog添加了join—none与ioin—any声明,可以让一组同时启动的动作,各自停止而不受其他动作的影响(ioin—none),或者当其中一个动作完成后整组动作都停止(join—any).而巾国集成电路ChinaIntegratedCircuit在资源共享使用方面,最常见的是多个硬件模块同时对共享资源作读写操作.若安排的读写顺序有错误,将出现严重问题SystemV erilog添加了semaphore,mailbox等类来协助资源的共享使用.25)任务和函数的增强SystemV erilog为V erilog的任务和函数作了几个增强.●静态和自动的存储缺省情况下,在V erilog任务或函数内的所有存储都是静态的.V erilog一2001允许将任务和函数声明成自动的.在SystemV erilog中:1)静态任务和函数内的特定数据可以显式地声明成自动的.声明成自动的数据在块中具有完整的生命周期,并且在任务和函数调用的入口处初始化;2)自动的任务或函数中的特定数据可以显式地声明成静态的.自动任务或函数中声明成静态的数据在块的本地范围内具有静态的生命周期.●从任何点返回V erilog在任务或函数中执行到endtask或end—function关键字的时候返回.函数的返回值是给函数名赋的最后一个值.SystemV erilog加入了一个return 关键字,使用这个关键字,一个任务或函数可以在任何点上返回.●多语句V erilog要求任务或函数只具有一个语句或语句块.多条语句必须组合到单一的begin—end或fork-jion块中.SystemV erilog去除了这种限制.因此,多条语句可以在一个任务或函数中列出而无需使用的begin—end或fork-jion.每有分组的语句就像在begin—end中一样顺序执行.设计者还可以产生没有语句的任务或函数定义.●void函数V erilog要求函数具有一个返回值,函数的调用接收这个返回值.SystemV erilog加入了void数据类型,这个数据类型可以作为函数的返回值类型. void函数可以像V erilog任务一样进行调用,而无需。

SystemVerilog是一个硬件描述语言，用于设计和验证数字系统。

它扩展了Verilog语言，提供了更多的建模能力和验证功能。

在本文中，我将全面介绍SystemVerilog，包括其语言特性、应用领域、优势和未来发展方向。

1. SystemVerilog的语言特性SystemVerilog是一种功能强大的硬件描述语言，它具有以下主要特性：a. 增强的数据类型：SystemVerilog引入了新的数据类型，如bit、logic、byte、int等，使得建模更加灵活和精确。

b. 增强的建模能力：SystemVerilog支持面向对象的建模，包括类、继承、多态等特性，使得设计描述更加直观和模块化。

c. 验证功能：SystemVerilog集成了Assertion语法和Coverage语法，支持设计验证和仿真覆盖率分析，能够更好地检测设计中的错误和缺陷。

d. 接口和连接：SystemVerilog引入了接口和连接功能，方便多模块之间的通信和连接，提高了设计的灵活性和可扩展性。

2. SystemVerilog的应用领域SystemVerilog被广泛应用于数字系统的设计和验证领域，包括但不限于：a. ASIC设计：SystemVerilog可以用于ASIC设计的RTL建模和验证，帮助设计人员快速构建和验证复杂的数字电路。

b. FPGA设计：SystemVerilog支持FPGA设计流程，可以用于FPGA逻辑综合和验证，满足不同规模和复杂度的FPGA设计需求。

c. 验证环境：SystemVerilog的验证功能使其成为验证工程师的首选语言，用于构建全面的验证环境和测试套件。

3. SystemVerilog的优势相比于传统的Verilog语言，SystemVerilog具有如下优势：a. 模块化和面向对象：SystemVerilog的面向对象建模使得设计更加模块化和可重用，提高了设计的灵活性和效率。

b. 验证功能：SystemVerilog集成了验证功能，提供了更多的验证手段和工具，有助于提高设计的质量和稳定性。

基于断言的验证技术SystemVerilog Tutorials下面的手册会帮助你了解一些SystemVerilog中最重要的新特点。

手册还提供了一些代码样本和例子使你可以对语言有更好"感觉"。

这些辅导假设你们已经了解了一些Verilog语言。

如果没有,你可以先去看看Verilog设计者指南(Verilog Designer’s Guide)。

* Data types* RTL design* Interfaces* Clocking* Assertion-based verification* Classes* Testbench automation and constraints* The Direct Programming Interface (DPI)SystemVerilog 的数据类型这个手册将描述Systemverilog新引进的数据类型。

他们大多数都是可以综合的，并且可以使RTL级描述更易于理解和书写。

整型和实型SystemVerilog引进了几种新的数据类型。

C语言程序员会熟悉其中的大多数。

引进新的数据类型构思是这样的，如果C语言和SystemVerilog有相同的数据类型可以使C语言算法模型更容易的转化为SystemVerilog模型。

Verilog的变量类型有四态：既是0，1，X，Z。

SystemVerilog引进了新的两态数据类型，每一位只可以是0或是1。

当你不需要使用的X和Z值时，譬如在写Testbench和做为for语句的循环变量。

使用两态变量的RTL级模型，可以使模拟器更有效率。

并且使用得当的话将不会对综合结果产生影响。

二态整型类型描述例子Bit user-defined size bit [3:0] a_nibble;Byte 8 bits, unsigned byte a, b;Shortint 16 bits, signed shortint c, d;Int 32 bits, signed int i,j;Longint 64 bits, signed longint lword;注意到和C语言不一样，SystemVerilog指定了一些固定宽度的类型。