第九章 硬件描述语言Verilog HDL (2).
第九章 硬件描述语言简介
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。
硬件描述语言
硬件描述语言硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage，HDL），是一种特殊的编程语言，旨在帮助设计人员（称作HDL程序员）创建电子系统的软硬件。
它支持现在最先进的电子系统，并能够提供开发方案，以更快地实现目标，更有效地使用更少的资源，并且更稳定地完成任务。
HDL是一种高级程序设计语言，由若干种编程语言构成，其中包括Verilog，VHDL, SystemVerilog等。
HDL语言描述技术主要用于描述单片机或模拟集成电路（IC）中的复杂电路结构和功能。
它以硬件参数、原语和结构描述为基础，能够描述逻辑系统的底层电路，比如门逻辑、触发器、多路选择器、比较器等。
HDL具有许多优点，能够极大地降低电路设计的困难程度，同时简化设计的复杂性和过程，可以提高设计效率和提升最终产品的性能。
HDL提供方便的调试和测试功能，可以支持电路设计过程管理，减少产品设计和开发的工作量。
此外，HDL能够提供标准、可重用的描述，以及可读性好的语法，可以显著简化设计过程。
HDL的另一个重要优点是，它可以帮助HDL程序员创建更复杂、更现代化的电路设计，而不需要编译器和其它复杂的程序设计开发工具。
HDL可以提供电路设计过程中所需的所有功能，包括定义电路功能，输入输出管理，系统级构建，网络结构，状态机控制，信号处理，数据传输等。
它还利用可视化技术以及带有标准和完善的接口，能够更快地识别和定位问题，大大降低了调试产品的时间。
HDL的另一个优点在于，它具有许多可扩展性，无需为每个项目开发新的硬件。
HDL能够有效地管理工厂现有的系统设计，例如将新的硬件模块添加到已有的电路框架中，并且能够有效地利用已有的硬件，尽可能减少更改硬件布局的时间。
当今，HDL已经成为电子行业中最专业化的编程语言，并被广泛应用于微处理器、嵌入式系统、数字信号处理（DSP）、模拟信号处理（ASP）、网络交换、存储器系统，以及其它领域。
HDL在加速设计过程、改善产品质量、减少产品成本方面十分有用，是现今许多企业进行电子产品设计的重要工具。
VerilogHDL语言（PDF）
Verilog 讲义（二）1）续Verilog 基础2）Verilog 形为描述3.4 运算符九类运算符分类包含运算符算术运算符+ - * / %位运算符~ & | ^ ^~or~^缩位运算符& ~& | ~| ^ ^~or~^逻辑运算符! && ||关系运算符> < <= >=相等与全等运算符== != === !==逻辑移位运算符 <<>> 连接运算符 {}: 条件运算符 ?根据操作数的不同，又可分为三类：1）单目运算符只有一个操作数，且运算符位于操作数的左边如：~clk &a ~& 缩位运算符wire [7:0] aparity=^a (奇校验)2）双目运算符a+b a%b {a,b,c}3）三目运算符out=(sel)?a:b;运算符的优先级参：P443.4.1 算术运算符1）减法亦可用作单目运算符，取补运算2）除法运算符：整型类数据小数部分被截去： integer a=7/2=33）% 取余运算 7%2=13.4.2 位运算符1）~a 按位取反2）a&b 按位相与若a,b 位数不同，短的高位补0，（x者补x）3）^ ^~ 双目3.4.3 缩位运算符单目运算符，按位进行逻辑运算，结果产生一位的逻辑值。
A=4’b1001&a ~&a |a ~|a ^a ~^a0 1 1 0 1 0 3.4.3 逻辑运算符a&&b结果为一位的逻辑值若操作数为多位，只要有一位为1，整个操作数看作逻辑1；若有不定态，结果亦为不定态。
3.4.5关系运算符结果为一位的逻辑值。
3.4.6 相等与全等运算符结果为一位逻辑值相等：比较每一位，所有相等，关系满足，若有不定态或高阻态，不定态结果。
全等：与相等比较过程相同，亦将不定态及高阻态作为逻辑状态比较。
3.4.7 逻辑移位运算符<< >> 以0补位。
第9章verilog_HDL_程序设计PPT课件
reg[12:0] temp2; reg[11:0] temp3; reg[10:0] temp4;
reg[9:0] temp5; reg[8:0] temp6;
reg[7:0] temp7;
function[7:0] mult8x1;
//该函数实现8×1乘法
input[7:0] operand; input sel;
temp5<=((mult8x1(a,b[2]))<<2);temp4<=((mult8x1(a,b[3]))<<3);
temp3<=((mult8x1(a,b[4]))<<4);temp2<=((mult8x1(a,b[5]))<<5);
temp1<=((mult8x1(a,b[6]))<<6);temp0<=((mult8x1(a,b[7]))<<7);
module count7(reset,clk,cout);
input clk,reset; output wire cout;
reg[2:0] m,n; reg cout1,cout2;
assign cout=cout1|cout2;
//两个计数器的输出相或
always @(posedge clk)
endmodule
（4）查找表乘法器
查找表乘法器将乘积直接存放在存储器中，将操作数 （乘数和被乘数）作为地址访问存储器，得到的输出 数据就是乘法运算的结果。
查找表方式的乘法器速度只局限于所使用存储器的存 取速度。但由于查找表规模随操作数位数增加而迅速 增大，因此如用于实现位数宽的乘法操作，需要 FPGA器件具有较大的片内存储器模块。比如，要实 现8×8乘法，要求存储器的地址位宽为16位，字长 为16位，即存储器大小为1M比特。
数字逻辑与部件设计-硬件描述语言+HDL
• 综合 Synthesis
– High Level Synthesis
– RTL Synthesis
– Logic Synthesis
• 布图 Layout
网表netlist
– 布局 (Placement)
– 布线 (Routing)
• 版图参数提取和验证
如导线电阻，导线间寄生电容
• 测试和诊断
4
begin
A1 = 1'b0; B1 = 1'b0; C1 = 1'b0; //1位二进制0
#100 A1 = 1'b1; B1 = 1'b1; C1 = 1'b1;
end
initial #200 $finish; //200ns结束
endmodule
不知其值是多少
16
Vivado2015中模拟结果
|
或
||
逻辑或
===
全等
^
异或
!==
不全等
^~
同或
AND优先级比OR高
• 缩位运算符：对单个操作数进行运算，最后返回一位数。
运算过程：首先将操作数的第一位和第二位进行与、或、非运算；
然后再将运算结果和第三位进行与、或、非运算；以此类推直至
最后一位。例子见下页...
• 拼接运算符：{s1, s2, …, sn}
2
g6
endmodule
g5
3
13
练习2. 画出下面的电路图
module Circuit_2 (A, B, C, D, F);
input A, B, C, D;
output F;
wire w, x, y, z, a, d;
第九章 Verilog HDL基本要素与语句
always@(code or a or b) begin case(code) 2„b00: my_and(a,b,c); 2'b01: c=a|b; //或 2'b10: c=a-b; //相减 2'b11: c=a+b; //相加 endcase end endmodule
9.4 Verilog HDL语句
9.4.4 任务和函数语句
1.任务（task）语句 过程语句是顺序语句， 若有多条，用块语句括起 来。 任务的调用必须在主程序的过程结构中。 任务语句中不能出现有always或initial引导的过程 语句结构。 任务调用时和定义时端口变量的位置应该一一对 应。
9.4 Verilog HDL语句
三态门类4个
低电平使能三态非门notif0
高电平使能三态非门notif1
门元件的调用方法与例化语 句使用方法相同，注意必须 是位置关联法，而非端口关 联法。
9.5 基于库元件的结构描述
9.5 基于库元件的结构描述
9.5 基于库元件的结构描述
调用门元件的格式：
端口关联列表：
由于被调用的函数是一个操作数，所以不能作为 语句单独出现。
9.5 基于库元件的结构描述
基于库基本元件的门级结构描述
与门and 与非门nand 多输入门类6个 或门or 或非门nor 异或门xor 同或门xnor 高电平使能三态门bufif1 低电平使能三态门bufif0 多输出门类2个 缓冲门buf 非门not
9.4.4 任务和函数语句
1.任务（task）语句
module alutask(code,a,b,c); input[1:0] code; input[3:0] a,b; output[4:0] c; reg[4:0] c; task my_and; //任务定义，注意无端口列表 input[3:0] a,b; //a,b,out 名称的作用域范围为 output[4:0] out; // task 任务内部 integer i; begin for(i=3;i>=0;i=i-1) out[i]=a[i]&b[i]; //按位与 end endtask
VerilogHDL硬件描述语言HardwareDescriptionLanguage
状态机设计实例
26
状态机设计实例
综合结果
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20
Mealy 型有限状态机的verilog描述
时序输出
21
Mealy 型有限状态机的verilog描述
22
有限状态机设计的一般步骤：
1)逻辑抽象，得出状态转换图。
就是把给出的一个实际逻辑关系表示为时序逻辑函数，可以用状态 转换表来描述，也可以用状态转换图来描述。这就需要：
• 分析给定的逻辑问题，确定输入变量、输出变量以及电路的状 态数。通常是取原因（或条件）作为输入变量，取结果作为输 出变量。
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Moore型有限状态机
描述－2：组合电路输出
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Moore型有限状态机的verilog描述
描述－2：综合结果
只推导出两个触发器，用于保存状态机的状态值（Moorestate）。
17
Mealy型有限状态机的verilog描述
组合电路输出
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Mealy型有限状态机的verilog描述
推导出两个触发器用于保存状态机的状态值（Mealystate）。 描述Mealy状态机的最佳方式之一是使用两条always语句，一条用于描述 时序逻辑，一条用于描述组合逻辑（包括次态逻辑和输出逻辑），输入上 的任何变化都会直接影响被描述成组合逻辑的输出。
• 究竟转向哪一状态还是留在原状态不但取决于各个输 入值，还取决于当前所在状态。
• 有限状态机分为Mealy型有限状态机，和Moore型有限 状态机。
9
Moore型 有限状态机
输出由状态决定，与输入信号无关
下一个 下一状态 状态 现状态
状态逻辑
寄存器
组合逻辑
时序逻辑
输出电路
hdl硬件描述语言
hdl硬件描述语言
HDL是Hardware Description Language的缩写，即硬件描述语言。
它是一种用于描述数字电路的语言，包括了数字电路的功能、结构和行为等方面。
HDL 通常用于设计和模拟数字电路，以帮助工程师更好地理解数字电路的功能和性能，并在设计电路时提供一种有效的工具。
在HDL中，通常使用的是高级语言来描述电路的功能和行为，比如Verilog和VHDL。
这些语言提供了一些强大的特性，如模块化设计、层次结构、波形仿真等，使得电路的设计和测试变得更加高效、方便和准确。
HDL的设计流程通常包括以下几个步骤：首先，需要将所需的电路功能转化为模块化的设计，比如将复杂的电路分解为多个子模块；其次，需要使用HDL语言编写每个模块的描述，包括模块端口定义、内部逻辑和功能描述等；接下来，需要进行波形仿真以验证电路的功能和性能；最后，需要将HDL代码转化为实际的硬件电路，比如使用FPGA或ASIC等技术将代码烧入硬件芯片中。
总之，HDL是一种用于描述数字电路的语言，它可以帮助工程师更好地理解和设计数字电路，提高电路设计和测试的效率和准确性。
硬件描述语言Verilog HDL
6.2 Verilog HDL 入门 6.2.1 Verilog HDL 的基本结构 6.2.2 简单 Verilog HDL 实例
9
6.2.1 Verilog HDL的基本结构
Verilog 使用大约100个预定义的关键词定义该语言的结构 1. VerilogHDL 程序由模块构成。每个模块的内容都是嵌在关键词module和 endmodule两个语句之间。每个模块实现特定的功能。 2. 每个模块先要进行端口的定义，并说明输入（input) 、输出（output)和 双向（inout)，然后对模块功能进行描述。 3. 除了endmodule语句外，每个语句后必须有分号。 4. 可以用/* --- */和//…..，对VerilogHDL程序的任何部分做注释。
例 2选1数据选择器的程序实例
a
0 out
b
1
sel
13
module mux2_1(out, a, b, sel) ;
output out;
数
input a, b; input sel;
assign out= sel ? b : a;
据 流 描 述
endmodule
module mux2_1(out, a, b, sel) ;
VHDL 和Verilog 的功能较强，属于行为(功能)描述语言。两种HDL均为IEEE标准。 特别是Verilog HDL的语法来源于C语言，它较 VHDL 好用好学。
7
6.1 概 述 6.2 Verilog HDL入门 6.3 Verilog HDL基本语法规则 6.4 Verilog HDL结构级建模 6.5 Verilog HDL数据流建模 6.6 Verilog HDL行为级建模 6.7 数字钟电路设计
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
硬件描述语言verilog_HDL基础
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1.4 Verilog 目前的应用情况和适用的设计
Verilog 较为适合系统级(System)、算法 级(Alogrithem)、寄存器传输级(RTL)、逻辑 (Logic)、门级(Gate)和电路开关级(Switch)的
设计，而对于特大型（千万门级以上）的系 统级(System)设计，则VHDL更为合适。
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1.5 采用 Verilog HDL 设计复杂数字电路的优点
1.5.1 传统设计方法——电路原理图输入法
采用电路原理图输入法进行设计，周期长、需 要专门的设计工具、需手工布线等。这种低水平的 设计方法大大延长了设计周期。
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1.5.2 Verilog HDL 设计法与传统的电路 原理图输入法的比较
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3
什么是硬件描述语言
具有特殊结构能够对硬件逻辑电路的功能进行描述的一种高级 编程语言
这种特殊结构能够：
描述电路的连接 描述电路的功能 在不同抽象级上描述电路 描述电路的时序 表达具有并行性
HDL主要有两种：Verilog和VHDL
Verilog起源于C语言，因此非常类似于C语言，容易掌握 VHDL格式严谨 VHDL出现较晚，但标准化早。IEEE 1706-1985标准。
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概述
Verilog HDL行为描述语言具有以下功能：
• 可描述顺序执行或并行执行的程序结构。 • 用延迟表达式或事件表达式来明确地控制过程的启动时间。 • 通过命名的事件来触发其它过程里的激活行为或停止行为。 • 提供了条件如if-else、case、循环程序结构。 • 提供了可带参数且非零延续时间的任务(task)程序结构。 • 提供了可定义新的操作符的函数结构(function)。 • 提供了用于建立表达式的算术运算符、逻辑运算符、位运算 符。 • Verilog HDL语言作为一种结构化的语言也非常适合于门级 和开关级的模型设计。
verilog语句讲解
Verilog语句讲解一、Verilog语言简介1.1 什么是Verilog语言Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统的行为和结构。
它是一种高级语言，可以用于设计和验证各种电子系统，从简单的门电路到复杂的处理器和系统芯片。
1.2 Verilog语言的特点•面向事件的建模：Verilog可以描述数字电路中的事件和信号变化，使得设计者可以更好地理解和建模系统的行为。
•层次化建模：Verilog允许设计者使用模块化的方式组织代码，从而实现对复杂系统的分层描述。
•并发性支持：Verilog支持并发执行，可以同时执行多个操作，从而提高了系统的性能和效率。
•灵活性：Verilog可以描述各种类型的电路和系统，包括数字逻辑电路、时序电路、存储器和通信接口等。
二、Verilog语句的基本结构2.1 模块定义语句在Verilog中，一个模块是由输入、输出和内部逻辑组成的。
模块定义语句用于定义一个模块的接口和行为。
module module_name(input_list, output_list);// 内部逻辑endmodule•module_name：模块的名称，用于在其他模块中引用该模块。
•input_list：输入端口列表，用于定义模块的输入信号。
•output_list：输出端口列表，用于定义模块的输出信号。
2.2 信号定义语句Verilog中使用信号来表示数据和控制信号。
信号定义语句用于定义信号的类型和宽度。
reg [width-1:0] signal_name;•reg：表示信号的类型为寄存器，可以存储数据。
•[width-1:0]：表示信号的位宽，从高位到低位。
•signal_name：信号的名称，用于在模块内部引用该信号。
2.3 时钟信号定义语句在时序电路中，时钟信号是非常重要的。
Verilog中使用时钟信号来同步和控制电路的操作。
input wire clk;•input wire：表示时钟信号是一个输入信号。
Verilog硬件描述语言Verilog HDL设计方法概述
建 模 能 力 的 比 较
1.4 Verilog HDL目前的应用情况 和适用的设计
在美国，在高层逻辑电路设计领域Verilog HDL和 VHDL的应用比率是60％和40％，在其它地区各为 50％。Verilog HDL是专门为复杂数字逻辑电路和 系统的设计仿真而开发的，本身就非常适合复杂 数字逻辑电路和系统的仿真和综合。由于Verilog HDL在其门级描述的底层，也就是在晶体管开关的 描述方面比VHDL有强得多得功能，所以即使是 VHDL的设计环境，在底层实质上也是由Verilog HDL描述的器件库所支持的。
近年来，FPGA和ASIC的设计在规模和复杂度 方面不断取得进展，而对逻辑电路及系统的设 计的时间要求却越来越短。这些因素促使设计 人员采用高水准的设计工具，如：硬件描述语 言(Verilog HDL或VHDL)来进行设计。
1.5.2. Verilog HDL设计法与传统的电路 设计法与传统的电路 原理图输入法的比较
采用电路原理图输入法进行设计，具有设计 的周期长，需要专门的设计工具，需手工布线等 缺陷。 而采用Verilog HDL设计时具有以下优点： 1、设计者可以在非常抽象的层次上对线路进 行描述而不必选择特定的制造工艺。逻辑综合工 具可以将设计自动转换成任意一种制造工艺版图。 如果出现新的制造工艺，设计者不必对电路进行 重新设计，只要将RTL级描述输入综合工具，即可 生成针对新工艺的门级网表。（工艺无关性）。
硬核(Hard Core) 在某一种专用半导体集成电路 工艺的（ASIC）器件上实现的经验证是正确的 总门数在5000门以上的电路结构掩膜，称之为 “硬核”。 为了逻辑电路设计成果的积累，和更快更好地 设计更大规模的电路，发展软核的设计和推广 软核的重用技术是非常有必要的。新一代的数 字逻辑电路设计师必须掌握这方面的知识和技 术。
VERILOGHDL语言基础
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。
EDA技术与Verilog设计第九章课后习题答案
EDA技术与Verilog设计第九章课后习题答案第一章EDA技术概述一、填空题1、电子设计自动化2、非常高速集成芯片硬件描述语言3、CAD、CAE、EDA4、原理图输入、状态图输入、文本输入5、VHDL、VerilogHDL6、硬件特性二、选择题1、A2、C3、A4、D5、C6、D7、A第二章可编程逻辑器件基础一、填空题1、PLD2、Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司3、基于反熔丝编程的FPGA4、配置芯片二、选择题1、D2、C3、C4、D第三章VHDL程序初步——程序结构一、填空题1、结构、行为、功能、接口2、库和程序包、实体、结构体、配置3、实体名、类型表、端口表、实体说明部分4、结构体说明语句、功能语句5、端口的大小、实体中子元件的数目、实体的定时特性6、设计库7、元件、函数8、进程PROCESS、过程PROCEDURE9、顺序语句、并行语句二、选择题1、D2、C3、C4、B5、D6、B7、A8、C三、简答题2、LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITYnand_3inISPORT(a,b,c:INSTD_LOGIC;y:OUTSTD_LOGIC);END; ARCHITECTUREbhvOFnand_3inIS BEGINy<=NOT(aANDbANDc); ENDbhv;5、00006247）第四章VHDL基础一、填空题1、顺序语句、并行语句2、跳出本次循环3、等待、信号发生变化时4、函数、过程5、值类属性、函数类属性、信号类属性、数据类型类属性、数据范围类属性6、程序调试、时序仿真7、子程序、子程序二、选择题1、B2、A3、A4、C5、B6、C7、D三、判断题1、√2、√3、√4、√5、×6、×四、简答题9、修改正确如下所示：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITYcountISPORT(clk:INBIT;q:OUTBIT_VECTOR(7DOWNTO0)); ENDcount; ARCHITECTUREaOFcountIS BEGINPROCESS(clk)IFclk'EVENTANDclk='1'THENq<=q+1;ENDPROCESS;ENDa;10、修改正确如下所示：…SIGNALinvalue:ININTEGER SIGNALoutvalue:OUTSTD_LOGIC;…CASEinvalueISWHEN0=>outvalue<='1';WHEN1=>outvalue<='0';WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE;…11、修改正确如下所示：ARCHITECTUREbhvOFcom1ISBEGINSIGNALa,b,c:STD_LOGIC;pro1:PROCESS（clk）BEGINIFNOT(clk'EVENTANDclk='1')THENx<=aXORbORc;ENDIF;ENDPROCESS;END;12、(1)PROCESS(…)--本题中两条IF语句均为信号c进行可能赋值，VHDL语言不允许IFa=bTHENc<=d;ENDIF;IFa=4THENc<=d+1;ENDIF;ENDPROCESS;(2)ARCHITECTUREbehaveOFmuxIS--同时为q进行多次可能赋值，VHDL语言不允许BEGINq<=i0WHENa='0'ANDb='0'ELSE'0';--WHENELSE语句语法错误q<=i1WHENa='0'ANDb='1'ELSE'0';q<=i2WHENa='1'ANDb='0'ELSE'0';q<=i3WHENa='1'ANDb='1'ELSE'0';ENDbehave;13、next1<=1101WHEN(a='0'ANDb='0')ELSEdWHENa='0'EL。
Verilog硬件描述语言
Verilog HDL硬件描述语言2.1 Verilog HDL概述2.1.1 Verilog HDL的特点Verilog HDL和VHDL一样，是目前大规模集成电路设计中最具代表性、使用最广泛的硬件描述语言之一。
作为硬件描述语言，Verilog HDL具有如下特点：1. 能够在不同的抽象层次上，如系统级、行为级、RTL（Register Transfer Level）级、门级和开关级，对设计系统进行精确而简练的描述；2. 能够在每个抽象层次的描述上对设计进行仿真验证，及时发现可能存在的设计错误，缩短设计周期，并保证整个设计过程的正确性；3. 由于代码描述与具体工艺实现无关，便于设计标准化，提高设计的可重用性。
如果有C语言的编程经验，只需很短的时间内就能学会和掌握Verilog HDL，因此，Verilog HDL可以作为学习HDL设计方法的入门和基础。
2.1.2 Verilog HDL的基本结构Verilog HDL描述是由模块（module）构成的，每个模块对应的是硬件电路中的逻辑实体。
因此，每个模块都有自己独立的功能或结构，以及用于与其它模块之间相互通信的端口。
例如，一个模块可以代表一个简单的门，一个计数器，一个存储器，甚至是计算机系统等。
例2-1-1 加法器的verilog描述module adder (in1, in2, sum);input in1,in2;output [1:0] sum;wire in1,in2;reg [1:0] sum;always @ (in1 or in2)beginsum=in1+in2;endendmodule从这个例子中可以看出，一段完整的代码主要由以下几部分组成：可以了解到一些基本信息，如代码中加法器的主要功能、设计工程师、完成的日期及版本。
例2-1-1的模块名是adder，有两个输入端口in1，in2和一个输出端口sum。
其中，输入信号是一位的，其数据类型声明为连线型(wire)；输出是两位的寄存器类型。
Verilog硬件描述语言(二)三目运算符
要点 ：
不使用初始化语句，不使用任务和函数 不使用带有延时的描述 不使用for循环 在always里面慎用乘法和除法
~ | ^~,~^
按位取反 按位或 按位同或
& ^
按位与 按位异或
& 0 1 x
0 0 0 0
1 0 1 x
x 0 x x
| 0 1 x
0 0 1 x
1 1 1 1
x x 1 x
^ 0 1 x
0 0 1 x
1 1 0 x
x x x x
按位与真值表
按位或真值表
按位异或真值表
关系运算符 (Relational operator)
移位运算符
>> << 用法：
(Shift operator)
右移 左移
移位操作符只有两个：左移和右移 A>>n或A<<n; 表示把操作数右移或左移n位；移出的位用0添补
条件运算符
(Conditional operator)
?
这是一个三目运算符，对3个操作数进行运算。 用法： signal=condition?true_expression:flase_expression;
举例 ：七段数码管显示译码器
module decode4_7(decodeout,indec); output[6:0] decodeout; input[3:0] indec; reg[6:0] decodeout; always @(indec) begin
end endmodule
case(indec) 4'd0: decodeout=7'b1111110; 4'd1: decodeout=7'b0110000; 4'd2: decodeout=7'b1101101; 4'd3: decodeout=7'b1111001; 4'd4: decodeout=7'b0110011; 4'd5: decodeout=7'b1011011; 4'd6: decodeout=7'b1011111; 4'd7: decodeout=7'b1110000; 4'd8: decodeout=7'b1111111; 4'd9: decodeout=7'b1111011; default: decodeout=7'b1111111; endcase
Verilog HDL数字设计与综合(第二版) 第九章课后习题答案
1．使用assign和deassign语句，设计一个带异步clear (q = 0)和preset (q = 1)端口的由上升沿触发的D触发器。
答：代码如下：module my_dff(q,d,clock,clear,preset);output q;input d,clock,clear,preset;reg q;always @(posedge clock)beginq=d;endalways @(clear or preset)if(clear)assign q=1'b0;else if (preset)assign q=1'b1;elsedeassign q;endmodule仿真输出如下：2．使用基本逻辑门设计一个一位全加器FA。
在激励模块中调用这个全加器。
在15至35个时间单位之间强迫输出值sum为a & b & c_in。
答：代码及激励模块见chapter9.v。
仿真输出如下，在15ns时，输出变化，在35ns时，由于和值与强迫输出值相同，故没有变化。
Verilog HDL 数字设计与综合（第二版）126 3．由逻辑门定义的带延迟参数的一位全加器FA ，如下面的模块所示：定义一个如例5.8所示的四位全加器fulladd4，使用本书中讨论的两种方法，传送下表所示的参数值给所引用的实例：实 例 延 迟 值 fa0 d_sum = 1, d_cout = 1 fa1 d_sum = 2, d_cout = 2 fa2 d_sum = 3, d_cout = 3 fa3d_sum = 4, d_cout = 4a ．编写fulladd4模块，用defparam 语句改变实例参数的值。
使用例5.9中的激励文件对这个四位全加器进行仿真。
解释全加器的结果延迟，什么时候出现加法器的输出（在该激励文件中使用20作为延迟值，而不是用5）。
b ．编写fulladd4模块，把延迟值传送到调用的实例fa0，fa1，fa2和fa3中。
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9
9.2 Verilog HDL基本结构
[例9.2.3] 2位比较器 module compare2 ( equal,a,b); output equal; 条件运算符 input [1:0] a,b; 连续赋值语句 assign equal = ( a = = b ) ? 1:0; / * 如果a等于b，则equal 为1，否则为0 * / endmodule
第9章
硬件描述语言Verilog HDL
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 引言 Verilog HDL基本结构 数据类型及常量、变量 运算符及表达式 语句 赋值语句和块语句 条件语句
9.8 循环语句 9.9 结构说明语句 9.10 编译预处理语句 9.11 语句的顺序执行与并行执行 9.12 不同抽象级别的Verilog HDL模型 9.13 设计技巧
单行注释符
8
9.2 Verilog HDL基本结构
[例9.2.2] 8位计数器
module counter8 ( out,cout,data,load, cin,clk ); 端口定义 output [7:0] out; output cout; I/O说明 input [7:0] data; input load, cin,clk ; 信号类型声明 reg[7:0] out; always @(posedge clk) begin if(load) 功能描述 out <= data; // 同步预置数据 else out < = out + 1 + cin; // 加1计数 end assign cout = &out & cin; //若out为8‘hFF，cin为1，则cout为1 endmodule 位运算符 缩减运算符
1
9.1 引言
内容概要
一、什么是Verilog HDL 二、Verilog HDL的发展历史 三、不同层次的Verilog HDL抽象 四、Verilog HDL的特点
2
9.1 引言 一、什么是Verilog HDL
Verilog HDL 是一种用于数字逻辑电路设计的硬件描述 语言（Hradware Description Language )，可以用来进 行数字电路的仿真验证、时序分析、逻辑综合。 用 Verilog HDL 描述的电路设计就是该电路的 Verilog HDL模型。 Verilog HDL 既是一种行为描述语言也是一种结构描述 语言。 既可以用电路的功能描述，也可以用元器件及其之间的 连接来建立Verilog HDL模型。
4
9.1 引言 三、不同层次的Verilog HDL抽象
Verilog HDL模型可以是实际电路的不同级别的抽象。 抽象级别可分为五级：
系统级(system level): 用Байду номын сангаас级语言结构（如case语句）
实现的设计模块外部性能的模型；
算法级(algorithmic level): 用高级语言结构实现的设
3
9.1 引言
二、Verilog HDL的发展历史
1983年，由GDA（GateWay Design Automation）公 司的Phil Moorby首创；
1989年，Cadence公司收购了GDA公司； 1990年， Cadence公司公开发表Verilog HDL； 1995 年 ， IEEE 制 定 并 公 开 发 表 Verilog HDL13641995标准； 1999 年，模拟和数字电路都适用的 Verilog 标准公开 发表
assign语句：无论右边表达式操作数何时发生变化，右边表达式都 会重新计算，并且在指定的延迟后给左边表达式赋值。
I/O说明
整个Verilog HDL程序嵌套在module和endmodule声明语句中。 每条语句相对module和endmodule最好缩进2格或4格！ // …… 表示注释部分，一般只占据一行。对编译不起作用！
计算法模型（写出逻辑表达式）；
RTL级(register transfer level): 描述数据在寄存器
之间流动和如何处理这些数据的模型；
门级(gate level): 描述逻辑门（如与门、非门、或门、
与非门、三态门等）以及逻辑门之间连接的模型；
开关级(switch level): 描述器件中三极管和储存节点
基本逻辑门、开关级结构模型均内置于语言中，可直接调 用； 易创建用户定义原语（UDP，User Designed Primitive） 。
易学易用，功能强
6
9.2 Verilog HDL基本结构
内容概要
一、简单的Verilog HDL例子 二、Verilog HDL模块的结构 三、逻辑功能定义 四、关键字 五、标识符 六、编写Verilog HDL源代码的标准
“<=”非阻塞过程性赋值：将想要赋给左式的值安排在未来时刻。不等上一个赋值 完成执行下个赋值语句。 “=” 阻塞过程性赋值：按照顺序执行，前一个赋值结束才执行下边的赋值语句。
/ * …… * /内表示注释部分，一般可占据多行。 对编译不起作用！
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多行注释符
7
9.2 Verilog HDL基本结构
一、简单的Verilog HDL例子
[例9.2.1] 8位全加器
模块名(文件名)
端口定义 module adder8 ( cout,sum,a,b,cin ); output cout; // 输出端口声明 output [7:0] sum; input [7:0] a,b; // 输入端口声明 input cin; assign {cout,sum}=a+b+cin; 功能描述 endmodule
及其之间连接的模型。
返回9.12
5
9.1 引言
四、Verilog HDL的特点
语法结构上的主要特点：
形式化地表示电路的行为和结构； 借用C语言的结构和语句； 可在多个层次上对所设计的系统加以描述，语言对设计规 模不加任何限制；
具有混合建模能力：一个设计中的各子模块可用不同级别 的抽象模型来描述；