EDA 第6章基本数字逻辑单元HDL描述
第6章 基本数字逻辑单元HDL描述(第3讲)
基本数字逻辑单元HDL描述基本数字逻辑单元HDL 描述--时序逻辑电路HDL 描述时序逻辑电路的输出状态不仅与输入变量的状态有关，而且还与系统原先的状态有关。
⏹时序电路最重要的特点是存在着记忆单元部分；⏹时序电路主要包括：⏹触发器和锁存器⏹计数器⏹移位寄存器⏹脉冲宽度调制等。
时序逻辑电路HDL 描述--D 触发器HDL 描述D触发器是数字电路中应用最多的一种时序电路。
输入输出CLRPRE CE D C Q 1X X X X 001X X X 1000X X 无变化0010↑00011↑1D 触发器真值表D 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位的D 触发器描述module v_registers_5 (C, D, CE, PRE, Q);input C, CE, PRE;input [3:0] D;output reg [3:0] Q;always @(posedge C or posedge PRE)beginif (PRE) Q <= 4'b1111;elseif (CE) Q <= D;endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_15目录下时序逻辑电路HDL描述--Jk触发器HDL描述JK触发器真值表输入输出R S CE J K C Q1X X X X↑001X X X↑1000X X X无变化00100X无变化00101↑000111↑翻转00110↑1Jk 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位/复位的JK 触发器module JK_FF(CLK,J,K,Q,RS,SET);input CLK,J,K,SET,RS;output Q;reg Q;always @(posedge CLK or negedge RS or negedge SET)beginif(!RS) Q <= 1'b0;else if(!SET) Q <= 1'b1;else下一页继续Jk 触发器HDL 描述--带时钟使能和异步置位/复位的JK 触发器case({J,K})2'b00 : Q <= Q;2'b01 : Q <= 1'b0;2'b10 : Q <= 1'b1;2'b11 : Q <= ~Q;default: Q<= 1'bx;endcase endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_16目录下时序逻辑电路HDL描述--RS触发器HDL描述RS触发器真值表输入输出R S C Q00↑无变化01↑110↑011↑无变化时序逻辑电路HDL 描述--RS 触发器HDL 描述的例子module rs_ff(input r,input s,input clk,output reg q,output reg qn );always @(*)beginqn <= ~q;end下一页继续时序逻辑电路HDL 描述--RS 触发器HDL 描述的例子always @(posedge clk)begincase({r,s})2'b00: q <= q;2'b01: q <= 1;2'b10: q <= 0;2'b11: q <= q;default: q<=1'bx;endcase endendmodule该设计保存在本书配套资源\eda_verilog\example6_17目录下时序逻辑电路HDL 描述--锁存器HDL 描述锁存器和触发器不同之处，就在于触发方式的不同☐触发器是靠敏感信号的边沿触发；☐锁存器是靠敏感信号的电平触发。
EDA技术概述
第1章EDA技术概述本章简要介绍EDA技术、EDA工具、FPGA结构原理及EDA的应用情况和发展趋势，其中重点介绍基于EDA的FPGA开发技术的概况。
考虑到本章中出现的一些基本概念和名词有可能涉及较多的基础知识和更深入的EDA基础理论，故对于本章的学习仅要求读者做一般性的了解，无须深入探讨。
因为待读者学习完本教程，并经历了本教材配置的必要实践后，对许多问题就会自然而然地弄明白了。
不过需要强调的是，本章的重要性并不能因此而被低估。
1.1 EDA技术现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA （Electronic Design Automation）技术。
EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）为系统逻辑描述手段完成的设计文件。
它自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。
EDA技术使得设计者的主要工作仅限于利用软件的方式来完成对系统硬件功能的实现，这是电子设计技术的一个巨大进步。
EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计、ASIC测试和封装以及FPGA/CPLD（Field Programmable Gate Array/Complex Programmable Logic Device）编程下载和自动测试等技术；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术等。
因此EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。
正因为EDA技术丰富的内容及其与电子技术各学科领域的相关性，其发展的历程同大规模集成电路设计技术、计算机辅助工程、可编程逻辑器件，以及电子设计技术和工艺是同步的。
EDA基础知识复习要点
EDA知识要点：2.VHDL数据对象有:（1）常量（CONSTANT）（2）变量（VARIABLE）（3）信号（SIGNAL）3.VHDL语言中的逻辑操作符有： AND与、OR或、NOT非、NAND与非、NOR或非 XOR异或、XNOR同或七种4.目前较流行的集成EDA开发环境（软件）有：MAX+PULSⅡ和QUARTUS II5.什么是EDA技术？EDA 技术就是以计算机为工作平台、以EDA软件工具为开发环境、以硬件描述语言为设计语言、以ASIC(Application Specific Integrated Circuits)为实现载体的电子产品自动化设计的过程7.写出实体中的端口（PORT）语句结构并说明其作用。
由PORT引导的端口说明语句是对一个设计实体界面的说明，端口为设计实体和外部环境的动态通信提供通道。
格式为PORT(端口名：端口模式数据类型；。
端口名：端口模式数据类型；）8.简述EDA技术经历了那几个发展阶段。
1）．CAD（计算机辅助设计）阶段2）．CAE(计算机辅助工程）阶段3)．ESDA（电子系统设计自动化）阶段9.写出元件例化语句语句格式，并说明其作用。
元件例化语句由两部分组成，前一部分是把一个现成的设计实体定义为一个元件，第二部分则是此元件与当前设计实体中的连接说明，它们的完整的语句格式如下：COMPONENT 元件名 IS --元件定义语句GENERIC （类属表）；PORT（端口名表）；END COMPONENT ；例化名：元件名 PORT MAP（ --元件例化语句[端口名=>]连接端口名，...）；11.结构体的语言格式与作用。
ARCHITECTURE 结构体名OF 实体名 IS(说明语句) 用来说明和定义数据对象类型等,可省略BEGIN(功能描述语句) 用来描述内部电路功能的,不可省略END ARCHITECTURE 结构体名；结构体用来描述设计实体的结构或行为，即描述一个实体的功能，把设计实体的输入和输出之间的联系建立起来。
基本数字逻辑单元HDL描述(第2讲)
基本数字逻辑单元HDL 描述LOGO数据运算操作主要包含加法操作、减法操作、乘法操作和除法操作，由这四种运算单元和逻辑运算单元一起，可以完成复杂数学运算。
HDL语言中提供了丰富的数据算术操作的运算符。
组合逻辑电路的HDL 描述--数据运算操作HDL 描述加法操作HDL 描述--带进位输入和输出无符号8位加法的例子module v_adders_2(A, B, CI, SUM);input [7:0] A;input [7:0] B;input CI;output [7:0] SUM;assign SUM = A + B + CI;endmodule减法操作HDL 描述--无符号带借位8位减法器的例子module v_adders_8(A, B, BI, RES);input [7:0] A;input [7:0] B;input BI;output [7:0] RES;assign RES = A -B -BI;endmodule乘法操作HDL 描述--8位与4位无符号数相乘的例子module v_multipliers_1(A, B, RES);input [7:0] A;input [3:0] B;output [11:0] RES;assign RES = A * B;endmodule除法操作HDL 描述--无符号8位除法运算的例子module div(input [7:0] numerator,input [7:0] denominator,output [7:0] quotient,output [7:0] remainder);assign quotient=numerator/denominator;assign remainder=numerator % denominator;endmodule数据运算操作HDL 描述--算术逻辑单元HDL 描述前面介绍了加法器和减法器电路的设计。
EDA应用技术 硬件描述语言Verilog HDL
第3章硬件描述语言Verilog HDL EDA应用技术EDA应用技术3.1 引言3.1 引言内容概要3.1 引言 3.1 引言3.1 引言形式化地表示电路的行为和结构；3.2 Verilog HDL基本结构内容概要3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构[例3.2.5¾Verilog HDLendmodule声明语句中。
模块是可以进行层次嵌套的。
3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构Verilog3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构Verilog3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构HDL语言描述的“东西”都通过其名字来识别，3.2 Verilog HDL基本结构六、编写Verilog3.2 Verilog HDL基本结构1语汇代码的编写标准3.2 Verilog HDL基本结构1语汇代码的编写标准（续）3.2 Verilog HDL基本结构2综合代码的编写标准3.2 Verilog HDL基本结构（6）描述组合逻辑的always块，一定不能有不完全赋值，即所有输出变2综合代码的编写标准（续1）3.2 Verilog HDL基本结构（10）避免生成不想要的触发器。
2综合代码的编写标准（续2）3.2 Verilog HDL基本结构2综合代码的编写标准（续3）3.2 Verilog HDL基本结构2综合代码的编写标准（续4）3.3 数据类型及常量、变量内容概要3.3 数据类型及常量、变量一、数据类型3.3 数据类型及常量、变量（1）3.3 数据类型及常量、变量8’b1001xxxx8’b1010zzzz3.3 数据类型及常量、变量（3）3.3 数据类型及常量、变量3.3 数据类型及常量、变量（4）parameter常量（符号常量）3.3 数据类型及常量、变量 3.3 数据类型及常量、变量：利用特殊符号“#”3.3 数据类型及常量、变量3.3 数据类型及常量、变量三、变量1. nets型变量定义——输出始终随输入的变化而变化的变量。
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;
北航夏宇闻复杂数字逻辑系统的VerilogHDL设计方法简介
信号处理的工作是可以事后进行。
• 实时系统：
信号处理的工作必须在规定的很短的时间内完 成。
数字信号处理系统的实现
• 非实时系统： 通用的计算机和利用通用计算机改装的设备，
主要工作量是编写 “C” 程序。
• 实时系统： 信号处理专用的微处理器为核心的设备，主 要工作量是编写汇编程序。
行步骤是否正确。 逻辑综合：把RTL级模块转换成门级 。 后仿真：用门级模型做验证，检查门的互连逻辑
其功能是否正确。 布局布线： 在门级模型的基础上加上了布线延时 布局布线后仿真：与真实的电路最接近的验证。
行为级和RTL级
module muxtwo (out, a, b, sl);
input a,b,sl;
end endmodule
Verilog HDL模块的测试
`include myadder.v module t; wire [8:0] sumout; reg [7:0] ain, bin; reg clk; myadder(.clock(clk), .reset(rst), .a(ain), .b(bin), .sum(sumout));
• 行为级：有关行为和技术指标模块，容易理 解
• RTL级：有关逻辑执行步骤的模块，较难理 解
• 门级 ：有关逻辑部件互相连接的模块，很 难理解
• 开关级：有关物理形状和布局参数的模块， 非常难理解
抽象级别和综合与仿真的关系
行为仿真：行为的验证和验证模块分割的合理性 前仿真 ：即 RTL级仿真，检查有关模块逻辑执
International)
有哪几种硬件描述语言？ 各有什么特点？
• VHDL - 比VerilogHDL早几年成为I EEE标准； - 语法/结构比较严格，因而编写出的 模块风格比较清晰； - 比较适合由较多的设计人员合作完成 的特大型项目（一百万门以上）。
第6章 基本数字逻辑单元HDL描述(第1讲)
基本数字逻辑单元HDL描述任何复杂的数字系统可以用若干基本组合逻辑单元和时序逻辑单元组合来实现。
基本逻辑单元一般分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
这两类基本逻辑电路构成和复杂数字系统设计的基石。
组合逻辑电路的HDL 描述组合逻辑电路的HDL 描述--内容组合逻辑电路是指输出状态只决定于同一时刻各个输入状态的组合，而与先前状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。
组合逻辑电路主要包括:⏹基本逻辑门⏹编码器⏹译码器⏹数据选择器⏹数据比较器⏹总线缓冲器逻辑门的HDL 描述--基本门电路过程分配描述module g1(o,a,b,c,d);input a,b,c,d;output reg o;always @(a or b or c or d)begino=(~(a&b))|(b&c&d);endendmodule本设计保存在本书配套资源eda_verilog\example6_1目录下逻辑门的HDL 描述--基本门电路连续分配描述module g2(o,a,b,c,d);input a,b,c,d;output o;assign o=(~(a&b))|(b&c&d);endmodule逻辑门的HDL 描述--基本门电路门调用描述module g3(o,a,b,c,d);input a,b,c,d;output o;nand(o1,a,b);and(o2,b,c,d);or(o,o1,o2);endmodule组合逻辑电路的HDL 描述--编码器HDL 描述将某一信息用一组按一定规律排列的二进制代码描述称为编码。
典型的有8421码、BCD 码等。
在使用HDL 语言描述编码器时，通过使用CASE 和IF 语句实现对编码器的描述。
编码器HDL 描述--8/3优先编码器描述的例子module v_priority_encoder_1(sel,code);input [7:0] sel;output [2:0] code;reg [2:0] code;always @(sel)beginif (sel[0]) code = 3'b000;else if (sel[1]) code = 3'b001;else if (sel[2]) code = 3'b010;else if (sel[3]) code = 3'b011;else if (sel[4]) code = 3‘b100;else if (sel[5]) code = 3'b101;else if (sel[6]) code = 3'b110;else if (sel[7]) code = 3'b111;else code = 3'bxxx;endendmodule 本设计保存在本书配套资源eda_verilog\example6_2目录下思考与练习1：优先级的含义？思考与练习2：查看详细描述后的结果，分析（提示：长链路带来延迟，性能降低）组合逻辑电路的HDL 描述--编码器HDL 描述译码器设计译码的过程实际上就是编码过程的逆过程,即将一组按一定规律排列的二进制数还原为原始的信息。
HDL知识点总结
HDL 考前小结一、名词解释(专业术语的对应关系)：可编程阵列逻辑（PAL）、可编程逻辑器件（PLD）、大规模可编程逻辑器件两种：复杂可编程逻辑器件（CPLD）、现场可编辑门阵列（FPGA）；电子设计自动化（EDA）、电子设计系统自动化（EsDA）、自底向上（Bottom-Up）、自顶向下（Top-Down）、专用集成电路（ASIC）、可配置逻辑模块（CLB）、输入输出模块（IOB）、硬件描述语言（HDL）、寄存器传输级（RTL）、X(逻辑值不确定)、Z（高阻，浮动状态）、posedge（上升沿）、negedge（下降沿）、电路功能模块（IP）、TTL、仿真平台（Testbench）、UDP(用户自定义原语)二、选择题（语法、 EDA 的基本概念、课件）基础了解：1、标识符和关键字关键字是语言中预留的用于定义语言结构的特殊标识符。
Verilog 中关键字全部小写。
标识符是程序代码中对象的名字，程序员使用标识符来访问对象。
Verilog 中标识符由字母数字字符、下划线和美元符号组成，区分大小写。
其第一个字符必须是数字字符或下划线。
reg value;//reg 是关键字； value 是标识符2. FPGA技术概述与特点以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统并最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
3 、FPGA 技术的特点用软件的方式设计硬件②设计过程中可用有关软件进行各种仿真③系统可现场编程，在线升级④片上系统，体积小、功耗低、可靠性高数字系统的设计准则①.分割准则②.系统的可观测性③.同步和异步电路④.最优化设计⑤ . 系统设计的艺术三、简答题1、串行、并行语句：verilog HDL 的 module 里一般由块语句组成,块语句既有并行块又有串行块 ,块与块之间是并行执行 ,顺序块内是串行执行,并行块内是并行执行 . 常用形式为 initial 和always 形式里插入块语句。
EDA第6章基本数字逻辑单元HDL描述
宽度为1至256通道（总数多达4096个触发通道） 且降低了对采样存储的需求。
每个触发端口多达16个单独的匹配单元，对应 每个触发器端口有多个匹配单元，增加了事件
每个触发条件的16个不同的比较
检测的灵活性同时保存了宝贵的资源。
对于用户时钟速率大于500MHz的情况，所有的 高速触发事件检测和数据捕获的能力
值和阻塞赋值。 原则6：不要在多个always块中为同一个变量赋值 原则7：用$strobe系统任务来显示用非阻塞赋值的变
量值。
基本数字逻辑单元HDL描述
--有限自动状态机HDL描述
有限自动状态机FSM（Finate State Machine）的设计 是复杂数字系统中非常重要的一部分，是实现高效率高 可靠性逻辑控制的重要途径。
Mealy型状态机的输出由状态机的输入和状态机的状态共同 决定；
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
该序列检测器将检测序列“1101”，当检测到该序列时， 状态机的输出z为1。
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
Moore状态机检测序列时，使用了5个状态，当为状态S4时， 输出为1。
大部分数字系统都是由控制单元和数据单元组成的。
数据单元负责数据的处理和传输，而控制单元主要是控制数据单元 的操作的顺序。
在数字系统中，控制单元往往是通过使用有限状态机实现的，有限 状态机接受外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号 序列。
有限自动状态机HDL描述
--FSM设计原理
有限状态机可以由标准数学模型定义。此模型包括一组状
可编程逻辑器件调试
-概述
只能通过测试仪器或软件知道输入端口和输出端口， 而内部逻辑的运行情况不知道。
eda教学1
EDA设计导论- PLD设计方法
设计已经从传统的自下而上的方法， 转变成自上而下的设计方法。传统上的设 计方法是自下而上的设计方法，是以固定 功能元件为基础，基于电路板的设计方法。 这种设计方法有下面的缺点：
第一章
系统调试、测试与性能分析
完整系统构成
设计依赖于设计人员的经验。
设计依赖于现有的通用元器件。
EDA 原理及应用
何宾 2008.09
E - mail: hebin@
课程进度安排：
56学时（课堂教学40学时，上机实验16学时） 课堂教学内容： 第1章-EDA设计导论 第2章-可编程逻辑器件设计方法 第3章-VHDL语言基础 第4章-数字逻辑单元设计 第5章-VHDL高级设计技术 第6章-基于HDL和原理图的设计输入 第7章-设计综合和行为仿真 第8章-设计实现和时序仿真 第9章-设计下载和调试 第10章-设计示例（数字钟、UART、数字电压表）
子系统设计的下载工具及硬件验证工具；
EDA设计导论- EDA技术涵义
● 大规模可编程逻辑器件（PLD）
第一章
现在所说的PLD器件一般包含现场可编程门阵列（FPGA）和复 杂可编程逻辑器件（CPLD）。
由于PLD的集成规模非常大，因此可利用先进的EDA工具进 行电子系统设计和产品开发。由于开发工具的通用性、设计语言的 标准化以及设计过程几乎与所用器件的硬件结构无关，因而设计开 发成功的各类逻辑功能块软件有很好的兼容性和可移植性。
EDA设计导论- EDA技术涵义
● 硬件描述语言
第一章
(5)支持的EDA工具：支持VHDL和Verilog的EDA工具很多，但 支持ABEL的综合器仅仅Dataio一家。
(6)国际化程度：VHDL和Verilog已成为IEEE标准，而ABEL正朝 国际化标准努力。在新世纪中，VHDL与Verilog语言将承担几乎全 部的数字系统设计任务。
hdl概述
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任何新生事物的产生都有它的历史沿革，早期的硬件描述语言是以一种高级语言为基础，加上一些特殊的约定而产生的，目的是为了实现RTL级仿真，用以验证设计的正确性，而不必像在传统的手工设计过程中那样，必须等到完成样机后才能进行实测和调试。
3.逻辑综合：将源文件调入逻辑综合软件进行综合，即把语言综合成最简的布尔表达式和信号的连接关系。逻辑综合软件会生成.edf（edif）的EDA工业标准文件。
4.布局布线：将.edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线，即把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内
5.时序仿真：需要利用在布局布线中获得的精确参数，用仿真软件验证电路的时序。（也叫后仿真）
6.编程下载：确认仿真无误后，将文件下载到芯片中
通常以上过程可以都在PLD/FPGA厂家提供的开发工具（如MAXPLUSII，Foundation，ISE）中完成，但许多集成的PLD开发软件只支持VHDL/Verilog的子集，可能造成少数语法不能编译，如果采用专用HDL工具分开执行，效果会更好，否则这么多出售专用HDL开发工具的公司就没有存在的理由了。
Verilog HDL就是在用用最广泛的C语言的基础上发展起来的一种件描述语言，它是由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.
《EDA技术与Verilog HDL》PPT第3版 第6章 LPM宏模块用法
6.3 LPM_RAM宏模块用法
6.3.3 测试LPM_RAM
图6-19 图6-18的RAM仿真波形
6.3 LPM_RAM宏模块用法
6.3.4 Verilog代码描述的存储器初始化文件加载表述
6.3 LPM_RAM宏模块用法
6.3.5 存储器设计的结构控制
图6-20 例6-6的RTL电路模块图
6.6.1 建立嵌入式锁相环元件
图6-35 输出第二个时钟信号c1
6.6 LPM嵌入式锁相环调用
6.6.1 建立嵌入式锁相环元件
图6-36 采用了嵌入式锁相环作时钟的正弦信号发生器电路
6.6.2 测试锁相环
6.7 In-System Sources and Probes Editor用法
（1）在顶层设计中嵌入In-System Sources and Probes模块。 （2）设定参数。
图6-37 为In-System Sources and Probes模块设置参数
6.7 In-System Sources and Probes Editor用法
（3）与需要测试的电路系统连接好。
图6-38 在电路中加入In-System Sources and Probes测试模块
6.7 In-System Sources and Probes Editor用法
6.3.2 以原理图方式对LPM_RAM进行调用
图6-13 调用单口LPM RAM
6.3 LPM_RAM宏模块用法
6.3.2 以原理图方式对LPM_RAM进行调用
图6-14 设定RAM参数
6.3 LPM_RAM宏模块用法
6.3.2 以原理图方式对LPM_RAM进行调用
图6-15 设定RAM仅输入时钟控制
EDA技术及数字系统的应用-第六章_硬件描述语言VerilogHDL
6.1.2 模块和端口
1．模块定义 模块定义由关键字module开始，以endmodule结束。Verilog
HDL结构完全嵌在module和endmodule定义语句之间。每个模块必须 具有一个模块名，唯一地标识这个模块.
如上例中模块的名称是fulladd。模块的端口列表则描述这个模块 的输入和输出端口，上例中模块有5个端口：三个输入端口a、b和c_in， 两个输出端口sum和c_out。
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及其
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): 用高级语言结构（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计算
型来描述； ➢ 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
5
6.1.2 模块和端口
➢ 模块 是Verilog HDL设计中的基本功能块，用于描述某个设计的功能 或结构，以及它与其他模块进行通信的端口。
第六章 硬件描述语言Verilog HDL
本章将介绍Verilog HDL设计的基础知识，包括 Verilog HDL语言规则、不同抽象级别的Verilog HDL模 型、Verilog HDL的语法，以及利用实例说明Verilog HDL进行数字电路设计的过程。
EDA技术实用教程——Verilog-HDL版学习报告
可编程逻辑器件与EDA技术学习报告院系：自动化工程学院电子学系专业：电子信息科学与技术班级： 2009级2班姓名：何伍健2011年7月2日一、EDA技术概述1.1EDA技术及其发展20世纪70年代，在集成电路整理方面，双极工艺，MOS工艺已得到广泛的应用；20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS（互补场效应管）时代；20世纪90年代，集成电路设计工艺进入了超深亚微米阶段；21世纪，全方面进入了EDA时代。
1.2EDA技术实现目标1．可编程逻辑器件2．半定制或全定制ASIC（1）门阵列ASIC（2）标准单元ASIC3.混合ASIC1.3 硬件描述语言Verilog HDL1.VHDL2.Verilog HDL3.SystemVerilog和System C1.4 其他常用HDLVHDL与Verilog相比，有下列优势：1.语法比Verilog严谨，通过EDA工具自动语法检查，易排除许多设计中的疏忽；2.有很好的行为级描述能力和一定的系统级描述能力，而Verilog建模时，行为与系统级抽象及相关描述能力不及VHDL。
与Verilog相比，有下列不足：1.VHDL代码较冗长，在相同逻辑功能描述时，Verilog的代码比VHDL少许多；2.VHDL对数据类型匹配要求过于严格，初学时会感到不是很方便，编程耗时也较多；而Verilog支持自动类型转换，初学者容易入门；3.VHDL对版图级，管子级这些较为低层的描述级别，几乎不支持，无法直接用于集成电路低层建模。
SystemVerilog主要定位于集成电路的实现和验证流程，并为系统级设计流程提供了强大的链接能力。
System C是C++语言的硬件描述扩展，主要用于ESL（电子系统级）建模与验证。
1.5HDL综合1.从自然语言转换到Verilog HDL语言算法表述，即自然语言综合；2.从算法表述转换到寄存器输出级表述，即行为综合；3.从RTL级表述转换到逻辑门的表述，即逻辑综合；4.从逻辑门表述转换到版图级表述，或转换到FPGA的配置网标文件，可称为版图综合或结构综合。
EDA_VerilogHDL_复习提纲(word文档良心出品)
1.EDA技术是20世纪后期，伴随着微电子技术、大规模集成电路制造技术、计算机辅助工程、可编程逻辑器件以及电子设计技术和工艺的发展而同步发展形成的一门综合性的技术与学科。
2在EDA工具软件平台上，自动完成从软件方式描述的数字系统到硬件系统的逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线）、逻辑优化和仿真测试等功能，随之完成对于特定目标芯片的适配、逻辑映射、编程下载等工作，直至硬件实现整个数字系统3.综合是将高层次上描述的电子系统转换为低层次上描述的电子系统，以便于系统的具体硬件实现综合器是能自动将高层次的表述（系统级、行为级）转化为低层次的表述（门级、结构级）的计算机程序4.设计输入的方式有原理图、硬件描述语言、状态图以及波形图5.按照仿真的电路描述级别的不同，HDL仿真器可以完成：系统级仿真，行为级仿真，RTL级仿真，门级（时序）仿真。
按照仿真是否考虑硬件延时分类，可以分为：功能仿真和时序仿真。
仿真器可分为基于元件（逻辑门）仿真器和基于HDL语言的仿真器6. IP核是知识产权核或知识产权模块，在EDA技术中具有十分重要的地位。
半导体产业的IP定义为用于ASIC或FPGA中的预先设计好的电路功能模块。
IP分为软IP、固IP和硬IP。
7.可编程逻辑器件PLD是一种通过用户编程或配置实现所需逻辑功能的逻辑器件，也就是说用户可以根据自己的需求，通过EDA开发技术对其硬件结构和工作方式进行重构，重新设计其逻辑功能8.两种可编程逻辑结构是基于与-或阵列可编程结构（乘积项逻辑可编程结构）、基于SRAM查找表的可编程逻辑结构9.PLD按集成度分类：简单PLD、复杂PLD；按结构分类：基于“与-或”阵列结构的器件、基于查找表结构的器件；从编程工艺上分类：熔丝型、反熔丝型、EPROM型、EEPROM型、SRAM型、Flash型10.四种简单逻辑器件：PROM中固定的与阵列，可编程或阵列；PLA是与阵列、或阵列都可编程；PAL中或阵列固定，与阵列可编程；GAL是或阵列、与阵列都可编程，输入部分增加了输出逻辑同单元（OLMC）11.CPLD的组成结构：逻辑阵列块（由逻辑宏单元构成）、扩展乘积项（共享和并联）、可编程连线阵列、I/O控制块12.FPGA的组成结构：逻辑阵列块LAB（由多个逻辑宏单元构成）、嵌入式存储器块、嵌入式硬件乘法器、I/O单元和PLL等模块13.Verilog的端口模式有三种：输入端口、输出端口、双向端口，对应的端口定义关键词分别是：input、output、inout14.Verilog中常用有两种变量：寄存器型变量（用reg定义）、网线型变量（用wire定义）15.Verilog有两种赋值方式：阻塞式赋值（=）、非阻塞式赋值（<=）16.Verilog有四种循环语句：for语句、repeat语句、while语句、forever语句17.Verilog的描述风格：RTL描述、数据流描述、行为描述、结构描述18.从状态机的信号输出方式上分，有Mealy型和Moore型两种状态机；从状态机的描述结构上分，有单过程状态机和多过程状态机；从状态机表达方式上分，有符号化状态机和确定状态编码的状态机；从状态机编码方式上分，有顺序编码状态机、一位热码编码状态机或其他编码方式状态机。
HDL与EDA资料123
1、一个完整的VerilogHDL设计模块包括：端口定义、I/O声明、信号类型声明和功能描述4个部分。
2、Verilog模块可以分为两种类型：一种是为了让模块最终能生成电路的结构，另一种只是为了测试所设计电路的逻辑功能是否正确。
3、VerilogHDL的数字可以用二进制、十进制、八进制和十六进制4种不同数制来表示。
4、在Verilog HDL中还存在两种特殊的取值，高阻态(Z或者z)和不定态(X或者x)5、Verilog HDL模块的I/O声明用来声明模块端口定义中各端口数据流动方向，包括输入(input)、输出(output)和双向(inout)。
6、在VerilogHDL中，行为描述包括系统级(System Level)、算法级(Algorithm Level)和寄存器传输级(RTL：RegisterTransferLevel)种抽象级别。
7、在VerilogHDL中，使用posedge 关键字声明事件是由输入信号的上升沿触发的；使用negedge 关键字声明事件是由输入信号的下降沿触发的。
8、对综合而言，Verilog HDL的wire型变量的取值可以是0 、1 、x 和z 。
9、如果VerilogHDL操作符的操作数只有1个，称为单目操作：如果操作符的操作数有2个，称为双目操作；如果操作符的操作数有3个，称为三目操作。
10、在Verilog HDL中，语句“always@(negedge clk)”表示模块的事件是由clk的下降沿触发的。
11、Verilog HDL中，register型变量有reg、integer、rea和time4种。
13、VerilogHDL的非阻塞赋值语句中，赋值号是<= ，赋值变量必须是reg 型变量。
14、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。
15、Modelsim运行方式有4种: 用户图形界面模式、交互式命令行模式、Tcl和宏模式、批处理模式16、线网型(net)的变量可以理解为实际电路中的导线，通常用于表示结构实体之间的物理连接17、Verilog HDL有两种为变量赋值的方法，一种叫做连续赋值，另一种叫做过程赋值，过程赋值又分为阻塞赋值和非阻塞赋值两种18、系统任务和函数对描述数字电路系统没有帮助，它们的作用是控制和监测仿真过程的进行1、简述自顶向下的设计指思想答：自顶向下的设计指的是将一个大规模的数字电路系统从功能上化为若干个不相交的子模块，每个子模块又可以根据需要在功能上化为若干个二级子模块，依此类推，直到功能模块小到比较容易实现为止2、简述使用always描述组合逻辑电路的规则答：在描述组合逻辑电路时，always在使用上有以下几个特点(或者说是规则)：1)在敏感列表中使用电平敏感事件，不要使用边沿敏感。
EDA技术及应用—Verilog HDL版第6章资料
并行进位加法器通常比串行级联加法器占用更多的资源。
随着位数的增加，相同位数的并行加法器与串行加法器的资 源占用差距也越来越大。因此，在工程中使用加法器时，要 在速度和容量之间寻找平衡点。 实践证明，4位二进制并行加法器和串行级联加法器占 用几乎相同的资源。这样，多位加法器由4位二进制并行加 法器级联构成是较好的折中选择。本设计中的8位二进制并 行加法器即是由两个4位二进制并行加法器级联而成的，其 电路原理图如图6.1所示。
第6章 Verilog HDL设计应用实例
2) 8位定点乘法器
//8位定点乘法器mult8_fp.v module mult8_fp(p, a, b);
parameter width = 8;
input [width-1:0] a; input [width-1:0] b; output [width+width-1:0] p; reg [width-1:0] pp; reg [width-1:0] ps; reg [width-1:0] pc;
input [7:0] a8, b8;
input c8; output [7:0] s8; output co8; wire sc; adder4b u1(.a4(a8[3:0]), .b4(b8[3:0]), .c4(c8), .s4(s8[3:0]), .co4(sc)); adder4b u2(.a4(a8[7:4]), .b4(b8[7:4]), .c4(sc), .s4(s8[7:4]), .co4(co8));
第6章 Verilog HDL设计应用实例
图6.4 adder8b综合后的RTL视图
第6章 Verilog HDL设计应用实例
图6.5 adder8b的RTL视图中的adder4b展开后的视图
EDA知识点汇总
第一章概述1.1EDA技术EDA(Electronic Design Automation)电子设计自动化EDA技术在硬件方面融合了…FPGA(field programmable gate array)现场可编程门阵列、CPLD(complex programmable logic device)可编程逻辑器件、编程下载技术、自动测试技术。
1.2硬件描述语言VHDL的英文全名是VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Description Language.与Verilog相比，VHDL的优势：（1）语法比Verilog严谨，通过EDA工具自动语法检查，易排除许多设计中的疏忽。
（2）有很好的行为级描述能力和一定的系统级描述能力，而Verilog建模时，行为与系统级抽象及相关描述能力不及VHDL。
与Verilog相比，VHDL的不足：（1）VHDL代码比较冗长，在相同逻辑功能描述时，Verilog的代码比VHDL少许多。
（2）VHDL对数据类型匹配要求过于严格，初学时会感到不是很方便，变成耗时也较多；而Verilog支持自动类型转换，初学者容易入门。
（3）VHDL对版图级、管子级这些较为底层的描述级别，几乎不支持，无法直接用于集成电路底层建模。
1.4HDL综合（理解）综合（Synthesis），定义：把抽象的实体结合成单个或统一的实体。
综合环节：（1）从自然语言转换到VHDL语言算法标书，即自然语言综合。
（2）从算法标书转换到寄存器传输级（Register Transport Level,RTL）的表述，即从行为域到结构域的综合，即行为综合。
（3）从RTL级表述转换到逻辑门（包括触发器）的表述，即逻辑综合。
（4）从逻辑门表述转换到版图级表述（ASIC设计），或转换到FPGA的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合。
显然综合器是能自动将一种设计表述形式下那向另一种设计表述形式转换的计算机程序，或协助进行手工转化程序。
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有限自动状态机HDL描述 --FSM的分类及描述
Moore型序列检测器Verilog HDL描述
有限自动状态机HDL描述 --FSM的分类及描述
有限自动状态机HDL描述 --FSM的分类及描述
Mealy型状态机
有限自动状态机HDL描述
--状态定义及编码规则
Xilinx ISE提供了One_Hot、Gray、Compact、Johnson、 Sequential、Speed1、User的编码方式。
典型编码格式
十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7
二进制码
000 001 010 011 100 101 110 111
到设计中。
也可以使用核插入工具将ICON，ILA，VIO及ATC2核直接插入到合 成设计网表中。
通过使用ISE的实现工具对设计进行布局布线。 最后，用户将位流下载到器件中，利用分析仪软件对设计进行测试和 分析。
可编程逻辑器件调试
--虚拟逻辑分析工具
描述了各种ChipScope Pro软件工具及内核功能
基本数字逻辑单元HDL描述
阻塞和非阻塞赋值的原则
原则1：时序电路建模时，用非阻塞赋值。 原则2：锁存器电路建模时，用非阻塞赋值。 原则3：用always块写组合逻辑时，用阻塞赋值。 原则4：在同一个always块中同时建立时序和组合逻 辑时， 用非阻塞赋值。 原则5：在同一个always块中不要同时使用非阻塞赋 值和阻塞赋值。 原则6：不要在多个always块中为同一个变量赋值 原则7：用$strobe系统任务来显示用非阻塞赋值的变 量值。
描述 为ICON,ILA,VIO和ATC2核提供了产生核的能力。Xilinx核 Xilinx CORE Generator 产生器是ISE软件工具安装的一部分 提供了IBERT核的全设计产生能力，用户选择RocketIO收发 IBERT Core Generator 器和参数来调节设计，Core Generator使用ISE工具集来产 生一个配置文件。 Core Inserter 自动将ICON，ILA，ATC2核插入到用户的综合设计中 为ILA,IBA/OPB,IBA/PLB,VIO和IBERT核提供了器件配置， 触发建立以及跟踪显示。各种核提供了触发，控制及踪迹捕 Analyzer 获能力。集成控制内核（ICON）与专用边界扫描管脚进行通 信。 Engine JITAG(CseJtag) CseJtag脚本Tcl命令界面使得与位于Tcl shell中的JTAG链中 Tcl 的器件进行交互成为可能。 Scripting Interface 工具
单进程状态机的实现方法
采用单进程状态机描述时，状态的变化、状态寄存器和输出功能描述 用一个进程进行描述。
有限自动状态机HDL描述 --FSM的描述
单进程状态机Verilog HDL描述
有限自动状态机HDL描述 --FSM的描述
有限自动状态机HDL描述
--FSM的描述
双进程状态机的实现方法
与单进程状态机不同的是，采用双进程状态机时，输出函数 用一个进程描述，而状态寄存器和下一状态函数用另一个 进程描述。
可以使用Mealy状态机检测序列。当为状态S3时，且输入为1时， 输出z为1。
状态迁移的条件表示为当前输入/当前输出。比如当为状态S3时（接收
到序列110），输入为1，输出将变为1。下一个时钟沿有效时，状态变
化到S1，输出z变为0。 为了让z成为寄存的输出（也就是说状态变化为S1时，输出仍然被保持
限制了可以从内部逻辑引线的数量。
可编程逻辑器件调试
--多路复用技术的应用
为了减少占用调试需要占用的资源，可以采用多路复用的
技术，即使用同一组输出引脚输出几组信号。
这样做仍然会占用一些I/O管脚，但是数目会减少。使得系统具有良好的 可见性并且切换的速度很快。
但是这种方法不够灵活，并且在设计时，由于考虑到复用的控制问题，所
Gray码
000 001 011 010 110 111 101 100
One-hot吗
0001 0010 0100 1000
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
Moore型状态机
Moore型状态机的输出仅与状态机的状态有关，与状态机的输入无关。
有限自动状态机HDL描述 --FSM的分类及描述
的操作的顺序。
在数字系统中，控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ元往往是通过使用有限状态机实现的，有限 状态机接受外部信号以及数据单元产生的状态信息，产生控制信号
序列。
有限自动状态机HDL描述
--FSM设计原理
有限状态机可以由标准数学模型定义。此模型包括一组状 态、状态之间的一组转换以及和状态转换有关的一组动作。 有限状态机可以表示为： 其中：
可编程逻辑器件调试
--虚拟逻辑分析工具
ChipScope Pro的特性与优点
特性 1—1024个用户可选数据通道 优点 准确地捕获宽数据总线功能 大的采样尺寸增加了捕获罕见事件的准确性和 概率。 多个单独的触发端口增加了事件检测的灵活性
用户可选的采样缓冲器大小从256至131,072
多达16个单独的触发端口，每一个用户可选的
基本数字逻辑单元HDL描述
--有限自动状态机HDL描述
有限自动状态机FSM（Finate State Machine）的设计 是复杂数字系统中非常重要的一部分，是实现高效率高
可靠性逻辑控制的重要途径。
大部分数字系统都是由控制单元和数据单元组成的。 数据单元负责数据的处理和传输，而控制单元主要是控制数据单元
有限自动状态机HDL描述
--FSM的描述
有限自动状态机HDL描述 -状态机的置位与复位
状态机的异步置位与复位
有限自动状态机HDL描述 -状态机的置位与复位
状态机的同步置位与复位
可编程逻辑器件调试
-概述
在PLD设计位流下载到PLD内，下一个最重要的问题就是 调试了，这也是EDA设计人员所面临的最头痛的问题。
可以使用布尔方程确定哪些数据样本将被捕获并 存储在片上存储器中，从而将多达16个触发端口 匹配函数合并起来 逻辑分析时不必单步或停止设计 引导用户选择正确选项
每个器件有多达15个独立的ILA，IBA/ OPB ，
IBA/PLB， VIO或ATC2核 多个触发器设置
为了更加准确，一个大的设计可以分割为段逻辑
Mealy型状态机的输出由状态机的输入和状态机的状态共同 决定；
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
状态机的输出z为1。
该序列检测器将检测序列“1101”，当检测到该序列时，
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
Moore状态机检测序列时，使用了5个状态，当为状态S4时， 输出为1。
捕捉，并且将这些数据存储在FPGA内部的RAM中。
注意，由于CPLD器件内部没有RAM资源，所以虚拟逻辑分析工具不能 在CPLD上使用。
可编程逻辑器件调试
--虚拟逻辑分析工具
可编程逻辑器件调试
--虚拟逻辑分析工具
设计者通过使用核产生器来创建核并将他们实例化为HDL源码，可
以将ICON，ILA，VIO及ATC2内核（统称ChipScope Pro核）嵌入
以也会增加设计代码的复杂度。
同时，这些增加的额外设计一旦在调试完毕，不需要的时候，如果对这部
分代码进行删除，那么需要重新布局布线，可能会产生新的问题。
可编程逻辑器件调试
--虚拟逻辑分析工具
随着调试技术的不断完善，Xilinx公司推出了ChipScope Pro在线逻辑分析仪软件工具。
其原理就是通过使用FPGA内的一部分剩余的资源完成对信号状态的
1），为输出添加寄存器。即Mealy状态机的输出和D触发器连接，这样
下一个时钟有效时，状态仍然变化到S1，但输出被锁存为1（被保持）。
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
Mealy型序列检测器Verilog HDL描述
//状态寄存器和输出逻辑
有限自动状态机HDL描述
--FSM的分类及描述
和更小的测试单元 记录时间、匹配事件数、更大的准确性和灵活性 的范围
可以从Xilinx网站上下载
从ChipScope套件中可以容易地获得工具
由于PLD内部集成了大规模的逻辑单元，内部的很多信
号的逻辑运行状态无法知道，这样一旦当输出逻辑和设
计不一样时，必须花很多的时间查找问题。
可编程逻辑器件调试
-概述
只能通过测试仪器或软件知道输入端口和输出端口， 而内部逻辑的运行情况不知道。
可编程逻辑器件调试
-概述
将内部逻辑通过连线引到输出端口
但这样做的一个最大的缺点，就是会占用大量的“I/O资源”，这样就
//状态转移逻辑
有限自动状态机HDL描述 --FSM的描述
状态机描述规则
状态机描述方式：
三进程；
两进程； 单进程；
=‘1’
=‘0’
该状态图包含： 四个状态：s1，s2，s3，s4;
outp=‘0’
5个转移； 1个输入“x1”;
1个输出“outp”;
有限自动状态机HDL描述 --FSM的描述
可编程逻辑器件调试
--虚拟逻辑分析工具
触发条件执行一个布尔方程或者一个多至16个匹 使用一个布尔方程或一个16级的触发序列器可以
配函数的触发序列
数据存储的限制条件执行一个多达16个匹配函数 的布尔方程 触发器和存储限制条件是在系统可改变的，而不 影响用户逻辑 易于使用的图形界面