第1章 Verilog HDL入门简介
Verilog HDL介绍
关于时延(续)
时间单位通过编译指令与物理时间相关联 ‘timescale 1ns/100ps ; 即：时延时间单位为1ns，时间精度为 100ps 时间精度 #5.21 // 对应5.2ns
#6.17
// 对应6.2ns
Verilog主要描述方式
数据流描述方式 行为描述方式
结构化描述方式
数据流描述方式
• VHDL “Tell me how your circuit should behave and I will give you the hardware that does the job.” • Verilog HDL Similar to VHDL • ABEL-HDL、AHDL（Altera HDL） “Tell me what hardware you want and I will give it to you” •硬件C语言：SystemC、Handle-C
Verilog 与VHDL的比较（续）
• Verilog HDL的编程风格比VHDL更加简 洁明了、高效便捷。如果单纯从描述结构上 考察，两者的代码之比约为1:3。
• Verilog HDL也于1995年实现了标准化 （IEEE-1364）。目前市场上所有的 EDA 工具都支持这两种语言。而在ASIC 设计领 域，Verilog HDL占有明显优势。
Verilog的基本描述单位
module module_name (port_list);
port declarations data type declarations circuit functionality endmodule
注意：所有的关键字都小写。
【例1】半加器的module
module HalfAdder ( A, B, sum, carry); inputA, B ; outputsum, carry ; assign #2 sum = A ^ B ; assign #5 carry = A & B ;
VerilogHDL基础语法入门
1) $dumpfile(“file.dump”); //打开记录数据变化的数据文件
2) $dumpvars();
//选择需要记录的变量
3) $dumpflush; //把记录在数据文件中的资料转送到硬盘保存
4) $dumpoff;
//停止记录数据变化
5) $dumpon;
//重新开始记录数据变化
模块的抽象
技术指标：
用文字表示 用算法表示 用高级行为的Verilog模块表示
RTL/功能级：
用可综合的Verilog模块表示
门级/结构级：
用实例引用的Verilog模块表示
版图布局/物理级：
用几何形状来表示
行为综合 综合前仿真
逻辑综合
综合后仿真 布局布线
第三部分.简单的 Verilog HDL 模块
转换为门级电路互连的电路结构（综合）。 ▪ 需要对已经转换为门级电路结构的逻辑
进行测试（门级电路仿真）。 ▪ 需要对布局布线后的电路结构进行测试。
（布局布线后仿真）。
模块的测试
激励和控 制信号
被测模块
输出响应 和验证
模块的测试
测试模块常见的形式：
module t; reg …; //被测模块输入/输出变量类型定义 wire…; //被测模块输入/输出变量类型定义 initial begin …; …; …; end … …//产生测试信号 always #delay begin …; end … …//产生测试信号
▪ Verilog HDL的构造性语句可以精确地建立信号的 模型。这是因为在Verilog HDL中，提供了延迟和输出 强度的原语来建立精确程度很高的信号模型。信号值 可以有不同的的强度，可以通过设定宽范围的模糊值 来降低不确定条件的影响。
Verilog HDL数字设计教程(贺敬凯)第1章
路网表。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
波形图输入方法则是将待设计的电路看成是一个黑盒子，
只需告诉EDA工具该黑盒子电路的输入和输出时序波形图，
EDA工具就可以完成黑盒子电路的设计。 原理图输入方法是一种类似于传统电子设计方法的原理 图编辑输入方式，即在EDA软件的图形编辑界面上绘制能完 成特定功能的电路原理图。原理图由逻辑器件(符号)和连接
理图和信号的连接表，如果是一个大的系统，将是一大摞图
纸，以后系统若出现问题，查找、修改起来都很麻烦。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
上述过程是从底层开始，或在已有的功能模块的基础上 来搭建高层次的模块直至整个系统的。因此这种传统的电子 系统的设计过程是一种自底向上(Bottom-Up)的设计，设计 过程必须从存在的基本单元模块出发，基本单元模块必须是 已经设计成熟的标准单元模块或其他项目已开发好的单元模 块。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
本书所有设计最终的实现目标主要定位于FPGA，因此下
面重点介绍FPGA的开发流程。FPGA的EDA开发流程如图1-3
所示。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
图1-3 FPGA的EDA开发流程
第1章 Verilog HDL数字设计综述
从图1-3可以看出，FPGA的开发流程与图1-2所示的用 EDA工具设计数字系统的流程基本相同，都需要设计输入、 功能仿真、逻辑综合、布局布线(适配)、时序仿真、物理实 现等几个步骤。下面将分别介绍主要设计模块的功能特点。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
1. 设计输入 在EDA软件平台上开发FPGA/CPLD时，首先要将电路系 统以一定的表达方式输入计算机。通常，EDA工具的设计输 入可分为以下两种类型：
中文版Verilog_HDL简明教程
中文版Verilog HDL简明教程：第1章简介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。
被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间。
数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显式地进行时序建模。
Verilog HDL 语言具有下述描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。
所有这些都使用同一种建模语言。
此外，Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。
Verilog HDL语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。
因此，用这种语言编写的模型能够使用Verilog 仿真器进行验证。
语言从C编程语言中继承了多种操作符和结构。
Verilog HDL提供了扩展的建模能力，其中许多扩展最初很难理解。
但是，Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，这对大多数建模应用来说已经足够。
当然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。
历史Verilog HDL语言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司为其模拟器产品开发的硬件建模语言。
那时它只是一种专用语言。
由于他们的模拟、仿真器产品的广泛使用，Verilog HDL 作为一种便于使用且实用的语言逐渐为众多设计者所接受。
在一次努力增加语言普及性的活动中，Verilog HDL语言于1990年被推向公众领域。
Open Verilog International （OVI）是促进Verilog发展的国际性组织。
1992年， OVI决定致力于推广Verilog OVI标准成为IEEE标准。
这一努力最后获得成功，Verilog 语言于1995年成为IEEE标准，称为IEEE Std 1364－1995。
VerilogHDL入门教程
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1
17
自上而下Top-Down设计方法
• 设计步骤： 1. 对整个系统进行方案设计和高层次的功能划分； 2. 用低层次的具体实现去充实高层次的功能； 3. 一个设计可视为分等级的树形结构，最末枝的单元是已存在的、 已经制造的、已经开发好的、可外购得到的IP等；
• 优点： 1. 在设计周期开始就做好了系统分析； 2. 主要仿真和调试过程在高层次完成，此时与工艺无关， 能在早期发现结构设计上的错误，避免设计工作浪费， 也减少逻辑仿真的工作量； 3. 方便了从系统级划分和管理整个项目，使得百万门 以上复杂数字电路设计称为可能，并可减少设计人员， 避免不必要的重复设计，提高设计的一次成功率；
6. 最终评估：形式上的确认本设计最终完成；
7. 系统集成与测试：芯片投产后应该进行长时间的连续强化 试验，以确定器件和系统的可靠性。
大连理工大学.电子科学与技术学院.夏书峰.dutxia@
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通用设计方法期望达到的目标：
• 设计一个器件： – 没有具体制造方面的缺陷； – 在整个器件寿命过程中工作可靠； – 在系统中所起作用是正确的；
写一份设计规范 设计规范评估
选择芯片和工具 设计
• 展示芯片与系统关系的外部框图 • 展示每一个功能部分的内部框图 • IO引脚的描述，包括：驱动能力，电平标准 • 定时估计：
对于输入引脚建立和保持时间、对于输 出引脚的传递时间、时钟周期时间等 • 器件门数估计 • 封装形式 • 功耗目标 • 价格目标 • 测试程序（测试规划，测试软件）
• 缺点： 1. 采用的综合工具不同，得到的最小单元不标准； 2. 制造成本可能很高（利用外购IP等）；
大连理工大学.电子科学与技术学院.夏书峰.dutxia@
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第1章 Verilog HDL入门简介
Verilog HDL数字系统设计及仿真
数字电路的回忆—七进制计数器
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢状态转换图
➢卡诺图
2
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢ Q3* 的卡诺图
➢状态方程：
Q3* Q3Q2 ' Q3 'Q2Q1
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
8
采用Verilog HDL代码
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢计数器模块
➢JK触发器模块
module
module JK_FF(J,K,CLK,Q,Qn);
Counter(Q3,Q2,Q1,C,CLK); input J,K;
output Q3,Q2,Q1,C;
input CLK;
input CLK;
output Q,Qn;
wire J1,K2,J3;
wire G3_n,G4_n,G5_n,G6_n,G7_n,G8_n;
nand G7(G7_n,Qn,J,CLK);
JK_FF JK1(Q1,Q1n,J1,1,CLK);nand G8(G8_n,CLK,K,Q);
JK_FF JK2(Q2, ,Q1,K2,CLK); nand G5(G5_n,G8_n,G6_n);
nand G1(Q,G3_n,Qn);
or or1(K2,Q1,Q3);
nand G2(Qn,Q,G4_n);
endmodule
not G9(CLK_n,CLK);
endmodule
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢更简洁的代码
module Counter(Q,CLK,RESET);
Verilog_HDL简介
例化元件名
注1：元件例化即是调用Verilog HDL提供的元件； 注2：元件例化包括门元件例化和模块元件例化； 注3：每个实例元件的名字必须唯一！以避免与其 它调用元件的实例相混淆。 注4：例化元件名也可以省略！
模块元件句 结构说明语句
always @(posedge clk) // 每当时钟上升沿到来时执行一遍块内语句 begin if(load) out = data; // 同步预置数据 else out = data + 1 + cin; // 加1计数 end
Verilog HDL程序是由模块构成的。每个模块嵌套在module和 endmodule声明语句中。模块是可以进行层次嵌套的。 每个Verilog HDL源文件中只准有一个顶层模块，其他为子模块。 每个模块要进行端口定义，并说明输入输出端口，然后对模块的 功能进行行为逻辑描述。 程序书写格式自由，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、begin_end语句和fork_join语句外，每个语 句和数据定义的最后必须有分号。 可用/*.....*/和//...对程序的任何部分作注释。加上必要的注释，以 增强程序的可读性和可维护性。
• Verilog的基本设计单元是“模块 (block) ” 。 • Verilog 模块的结构由在module和 endmodule关键词之间的4个主要部分组成
1 2 端口定义 I/O说明 信号类型声明 功能描述
3
4
module block1(a,b,c,d )； input a,b,c； output d； wire x； assign d = a | x； assign x = ( b & c )； endmodule
VerilogHDL第一讲绪论
1. 能形式化地抽象表示电路的行为和结构 2. 支持逻辑设计中层次与范围地描述 3. 可借用高级语言地精巧结构来简化电路行 为和结构;具有电路仿真与验证机制以保证设 计的正确性 4. 支持电路描述由高层到低层的综合转换 5. 硬件描述和实现工艺无关 6. 便于文档管理 7. 易于理解和设计重用——这点很重要啊
1.2VHDL介绍 介绍
VHDL的英文全写是:VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Descriptiong Language.翻译成中文就是 超高速集成电路硬件描述语言.因此它 的应用主要是应用在数字电路的设计中. 目前,它在中国的应用多数是用在 FPGA/CPLD/EPLD的设计中.当然在一些 实力较为雄厚的单位,它也被用来设计 ASIC.
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 .VHDL语言是一种用于电路 设计的高级语言.最初是由美国国防部开发出 来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周 期的一种使用范围较小的设计语言 .但是,由 于它在一定程度上满足了当时的设计需求,于 是他在1987年成为ANSI/IEEE的标准(IEEE 1987 ANSI/IEEE IEEE STD 1076-1987). 1993年更进一步修订,变得更加完备,成为 ANSI/IEEE的ANSI/IEEE STD 1076-1993标准. 目前,大多数的CAD厂商出品的EDA软件都兼容 了这种标准.
1.6用硬件描述语言设计复杂数字 用硬件描述语言设计复杂数字 电路的优点
以前的数字逻辑电路及系统的规模的比较小而且简单, 用电路原理图输入法基本足够了.但是一般工程师需 要手工布线,需要熟悉器件的内部结构和外部引线特 点,才能达到设计要求,这个工作量和设计周期都不 是我们能想象的.现在设计要求的时间和周期都很短, 用原理图这个方法显然就不符合实际了. Verilog设计法与传统的电路原理图输入法的比较:一 个是设计周期明显变短,另外硬件描述语言和工艺是 无关的,这个就大大减小了工作量.和硬件相关的一 些约束,对芯片的一些要求都可以交给EDA工具去做, 大大的加快了设计速度,减少了工程师的工作量,从 而提高了设计的××(不知道怎么描述了).
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 HDL整理(一)
Verilog HDL语言整理（一）一、基本概念Verilog HDL是一种行为数字逻辑电路设计的语言，用Vrilog HDL描述的电路设计就是该电路的Verilog HDL模型。
Verilog HDL既是一种行为描述的语言，也是一种结构描述的语言。
也就是说，既可以用电路的功能描述，也可以用元器件和它们之间的连接来建立所设计电路的Verilog HDL模型。
一个复杂电路的完整Verilog HDL模型是由若干个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。
RTL描述：硬件描述语言HDL中包含可综合和不可综合的语句，用可综合语句构建的电路描述代码可以通过HDL综合器生成可实现的电路，于是把一切用可综合语句表述的HDL代码形式称为RTL描述。
二、模型类别Verilog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五种：系统级（system）：用高级语言结构实现设计模块外部功能的模型。
算法级（algorithmic）：用高级语言结构实现设计算法的模型。
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）：描述逻辑门以及逻辑门之间的连接的模型。
开关级（switch-level）:描述器件中三极管和储存节点以及它们之间连接的模型。
RTL/功能级门级/结构级版图布局/物理级三、语法1、模块语句一般格式module 模块名（端口名称表）模块端口描述模块功能描述endmoduleVerilog程序块完全嵌在module和endmodule之间，每个Verilog程序块应该包括四个部分：端口定义、I/0说明、内部信号声明、功能定义。
2、端口语句input 端口名1；端口名2output 端口名1；端口名2inout 端口名1；端口名2带位宽的端口input[msb:lsb] 端口名1；端口名23、assign连续赋值语句（1）不带延时的assign赋值语句assign 目标变量名=驱动表达式（2）带延时的assign赋值语句assign #A目标变量名=驱动表达式延时A个单位后再将驱动表达式的值赋给目标变量，延时在综合中被忽略，不参与综合（3）assign赋值语句是并行的，不允许同一目标变量有多个赋值语句表达式，而且目标变量必须是网线型变量。
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。
2020/2/28
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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。
2020/2/28
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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
2020/2/28
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。
2020/2/28
24
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。
第1章 Verilog HDL入门
Verilog HDL 是硬件描述语言的一种，它是 目前应用最广泛的一种硬件描述语言，用于数字 系统的设计。设计者用它进行数字逻辑系统的仿 真模拟、时序分析、逻辑综合。
1.2.2 Verilog HDL的发展历史
1980`s
Verilog-XL 诞生
Verilog IEEE 1364-2005……
2001 Verilog EEE1364-2001 标准公开发表
1989 Cadence 公司购买 Verilog HDL的版权
1999 模拟和数字都适用的 Verilog 标准公开发表
1990 Verilog HDL 公开发表
1995 Verilog IEEE1364 标准公开发表
1990有关Verilog HDL的 全部权利都移交给OVI(Open Verilog International)组织
1.3复杂数字系统的设计方法
1.3.1 什么是复杂数字逻辑系统
• 嵌入式微处理机系统 • 数字信号处理系统 • 高速并行计算逻辑 • 高速通信协议电路 • 高速编码/解码、加密/解密电路 • 复杂的多功能智能接口 • 门逻辑总数超过几万门达到几百甚至达几千万门的数
字系统
1.3.2 传统的设计方法
1.4 典型设计流程
Top-Down 设计思想 Top-Down 设计思想
系统级设计
模块A
模块B
模块C
模 块 A11
模 块 B2
模 块 B3
模 块 C1
模 块 C2
用EDA设计数字系统的典型流程
设计要求 电路图设计 电路功能仿真 HDL设计 HDL功能仿真 逻辑综合、时序 验证 工艺文 件 优化、布局布线 布线后门级仿真
采用Verilog HDL输入法时，由于 Verilog HDL的标准化，可以很容易把完成 的设计进行移植到不同厂家的不同芯片。 采用Verilog HDL输入法最大的优点是其与 工艺无关性。
VerilogHDL教程
VerilogHDL教程verilog hdl教程一、Verilog HDL概述二、Verilog HDL语法1.模块定义和端口声明模块是Verilog HDL的基本单元，用于描述电路的结构和行为。
以下是一个简单的模块定义和端口声明的例子：module adderinput wire [3:0] a,input wire [3:0] b,output wire [3:0] sum//模块内部的逻辑和信号声明//...endmodule2.信号声明和赋值wire [3:0] a;reg [3:0] b;assign a = 4'b0110;b<=a;end3.组合逻辑和时序逻辑组合逻辑通过组合逻辑操作（如AND，OR，XOR等）来描述电路的行为。
时序逻辑通过时钟沿的触发条件来描述电路的行为。
以下是组合逻辑和时序逻辑的例子：//组合逻辑assign c = a & b;assign d = a ^ b;//时序逻辑if (reset) begine<=0;end else begine<=a+b;endend三、Verilog HDL用法1.模块实例化add4 adder_inst.a(a),.b(b),.sum(sum)2.仿真和验证Verilog HDL可以使用仿真工具进行仿真和验证。
常用的仿真工具包括ModelSim，Xilinx ISE和Cadence Incisive等。
仿真工具可以使用Verilog HDL代码来模拟和验证电路的功能和性能。
四、总结Verilog HDL是一种用于描述数字电路的硬件描述语言。
它提供了一种清晰，结构化的方式来描述电路的行为和结构。
通过模块化的设计和调试，Verilog HDL使设计人员能够更好地建模和分析复杂的电路。
它支持多种级别的抽象，如行为级，RTL级和门级，以满足不同层次的设计需求。
通过实例化已定义的模块和使用仿真工具，Verilog HDL可以方便地进行电路的仿真和验证。
0_1.Verilog HDL基础知识
•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0章Verilog HDL§0.1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0.1 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
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第一讲
设计输入
行为描述是一种较为抽象的描述，它仅说明一个设计想要实现的功 能，但不对该设计如何执行这些功能进行描述，亦不提供任何有关 硬件结构的信息。
寄存器传输级（RTL, register transfer level）描述又称数据 流描述，其抽象程度较行为描述低，描述数据在寄存器之间流动和 如何处理这些数据的模型，通过数据的传送和变换体现出所要实现 的行为功能。在这一层的描述中包含了电路结构及时钟的有关信息， 但仍是独立于工艺之外的，不受实现方法的限制。
门级描述直接描述逻辑门以及逻辑门之间连接关系。
开关级描述器件中三极管、储存节点以及它们之间的连接关系。
6
设计输入----Verilog HDL中的描述层次
Behavioral Models
(function only)
Abstract
if enable is true
Models
for (i=0; i<=15; i=i+1)
sized pieces.
Logic synthesis. Use an HDL (VHDL or Verilog) and a
logic synthesis tool to produce a netlist —a description of the logic cells and their connections.
低层综合工具以门级、开关级或逻辑描述作为输入，执行 逻辑优化，映射器件选择。不同体系结构的逻辑器件在逻 辑综合过程中需要采用不同的优化算法，以发挥出器件的 最高性能。
目前RTL综合和低层逻辑综合工具已发展得比较成熟，并
已在VLSI设计中得到广泛应用。高层综合由于其抽象程
度较高，仍处在迅速发展之中，是当代电子设计领域的研
2024年verilogHDL培训教程华为(多场景)
verilogHDL培训教程华为(多场景)VerilogHDL培训教程——华为第一章：引言随着电子设计自动化（EDA）技术的不断发展，硬件描述语言（HDL）在数字电路设计领域扮演着越来越重要的角色。
VerilogHDL 作为一种主流的硬件描述语言，因其强大的功能、灵活的语法和广泛的应用范围，已成为数字集成电路设计工程师必备的技能之一。
本教程旨在帮助读者掌握VerilogHDL的基本概念、语法和设计方法，为华为等企业培养合格的数字电路设计人才。
第二章：VerilogHDL基础2.1VerilogHDL简介VerilogHDL是一种用于数字电路设计的硬件描述语言，它可以在多个层次上对数字系统进行描述，包括算法级、寄存器传输级（RTL）、门级和开关级。
VerilogHDL的设计初衷是为了提高数字电路设计的可重用性、可移植性和可维护性。
2.2VerilogHDL编程环境（1）文本编辑器：Notepad++、SublimeText等；（2）仿真工具：ModelSim、IcarusVerilog等；（3）综合工具：XilinxISE、AlteraQuartus等。
2.3VerilogHDL语法基础（1）关键字：VerilogHDL中的关键字具有特定含义，如module、endmodule、input、output等；（2）数据类型：包括线网类型（wire）、寄存器类型（reg）、整数类型（integer）等；（3）运算符：包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等；（4）模块与端口：模块是VerilogHDL设计的基本单元，端口用于模块之间的信号传递；（5）行为描述与结构描述：行为描述用于描述电路的功能，结构描述用于描述电路的结构。
第三章：VerilogHDL设计流程3.1设计流程概述（1）需求分析：明确设计任务和功能要求；（2）模块划分：根据需求分析，将设计任务划分为若干个模块；（3）编写代码：使用VerilogHDL编写各个模块的代码；（4）仿真验证：对设计进行功能仿真和时序仿真，确保设计正确；（5）综合与布局布线：将VerilogHDL代码转换为实际电路，并进行布局布线；（6）硬件测试：在FPGA或ASIC上进行实际硬件测试。
No.1VerilogHDL简介
No.1VerilogHDL简介 硬件描述语⾔HDL（Hardware Description Language）是⼀种⽤形式化⽅法来描述数字电路和系统的语⾔。
设计者利⽤HDL可以从抽象到具体逐层描述⾃⼰的设计思想，⽤⼀系列的分层次模块来表⽰极其复杂的数字电路系统。
VerilogHDL是描述电⼦电路⾏为和结构的⼀种语⾔，是⼀种IEEE 标准（IEEE Std.1364-1995），Verilog ⽤于模拟从随机和纯⾏为到门级和开关级的抽象范围等层次的数字电⼦电路功能，也⽤于从许多抽象寄存器传输级描述合并，即⾃动产⽣，门级描述Verilog ⼀般⽤于⽀持⾼层次的设计（或基于语⾔的设计），其中电⼦设计在⽤⾃动合并⼯具进⾏详细设计前要通过⾼层次的完全抽象仿真来检验。
Verilog 也⼴泛应⽤于IC的门级检验，包括仿真、故障仿真和定时检验。
Verilog 最初是在 1984 年由 Gateway Design Automation 公司开发 Verilog-XL 仿真器的时候⼀起开发出来， 1989 年 Cadence Design Systems 公司并购 Gateway 公司同时拥有对 Verilog 语⾔和 Verilog-XL仿真器的权⼒。
1990 年 Cadence 将 Verilog 语⾔不是 Verilog-XL 放到公共领域为了使 Verilog 语⾔通过 IEEE 标准化过程，⼀个⾮赢利性组织 Open Verilog International （OVI ）将它不断推进，结果在1995年 Verilog 成为⼀个 IEEE 标准，此后 OVI 仍继续不断维护和开发这种语⾔。
参考书籍：【1】《Verilog HDL⼊门》第3版/（美）巴斯克（Bhasker,J.）著；夏宇闻，⽢伟译.-北京：北京航空航天⼤学出版社2008.9【2】《Verilog数字系统设计教程》/夏宇闻编著.--第3版--北京：北京航空航天⼤学出版社2013.7。
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
数字电路的回忆—七进制计数器
Verilog HDL数字系统设计及仿真
状态转换图
卡诺图
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
Q 的卡诺图
* 3
状态方程：
Q3* Q3Q2 ' Q3 ' Q2Q1
3
Verilog HDL数字系统设计及仿真
芯片实现
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编写测试模块
Verilog HDL数字系统设计及仿真
产生测试信号
//以下为测试激励 initial begin RESET<=1; # 50 RESET<=0; # 1000 RESET<=0; end initial CLK<=0; always #5 CLK<=!CLK;
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
Verilog HDL数字系统设计及仿真
更简洁的代码
module Counter(Q,CLK,RESET); output [2:0] Q; input CLK,RESET; reg [2:0] Q; always @ (posedge CLK) if(RESET) Q<=0; else if (Q==6) Q<=0; else Q<=Q+1; endmodule
功能仿真
时序仿真
14
两种HDL语言
Verilog HDL数字系统设计及仿真
Verilog HDL
容易上手 风格较随意 需注意代码和电路关系 公司较常见
VHDL
培训时间长 代码规范度高 高校较常见
15
JK触发器模块
module JK_FF(J,K,CLK,Q,Qn); input J,K; input CLK; output Q,Qn; wire G3_n,G4_n,G5_n,G6_n,G7_n,G8_n; nand G7(G7_n,Qn,J,CLK); JK_FF JK1(Q1,Q1n,J1,1,CLK);nand G8(G8_n,CLK,K,Q); JK_FF JK2(Q2, ,Q1,K2,CLK); nand G5(G5_n,G8_n,G6_n); JK_FF JK3(Q3, J3,Q2,CLK); nand G6(G6_n,G5_n,G8_n); and and1(C,Q3,Q2,Q1n); nand G3(G3_n,G5_n,CLK_n); and and2(J3,Q1,Q2); nand G4(G4_n,CLK_n,G6_n); nand nand1(J1,Q2,Q3); nand G1(Q,G3_n,Qn); or or1(K2,Q1,Q3); nand G2(Qn,Q,G4_n); not G9(CLK_n,CLK); 9 endmodule endmodule
规模较小，大规模困难
不易修改，连线繁琐 大规模设计需要新的方法 ！
8
采用Verilog HDL代码
Verilog HDL数字系统设计及仿真
计数器模块
module Counter(Q3,Q2,Q1,C,CLK); output Q3,Q2,Q1,C; input CLK; wire J1,K2,J3;
驱动方程
输出方程
J 3 Q2Q1 , K 3 Q2 J 2 Q1 , K 2 Q3 Q1 J (Q Q ) ', K 1 3 2 1 1
C Q3Q2Q1 '
6
Verilog HDL数字系统设计及仿真
最终电路
7
设计的局限性
Verilog HDL数字系统设计及仿真
10
Verilog HDL数字系统设计及仿真
最终的电路
11Leabharlann 设计流程Verilog HDL数字系统设计及仿真
设计说明文档
RTL描述 功能验证 时序仿真
行为级描述
时序分析 与时序仿真
RTL级 描述代码
版图规划 时钟树插入 布局布线
功能验证 （前仿真）
物理版图
逻辑综合 与优化
版图级验证
门级网表
Q2 *的卡诺图
状态方程
Q2 * Q2 ' Q1 Q3 ' Q2Q1 '
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
Q1 *的卡诺图
状态方程
Q1* Q2 ' Q1 ' Q3 ' Q1 '
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Verilog HDL数字系统设计及仿真
化简处理
Q3 * Q2Q1 Q3 ' Q2 ' Q3 Q2 * Q1 Q2 ' Q3 ' Q1 ' Q2 Q1 Q2 ' (Q3 Q1 ) ' Q2 Q * (Q ' Q ') Q ' (Q Q ) ' Q ' 1' Q 2 3 1 3 2 1 1 1