Verilog算法及建模整理文档
第3讲 Verilog HDL常用建模方法汇总
specify块 也可以给使用开关设计的模块指定路径延迟（引脚到引
脚的延迟）以及时序检查。用specify块可以描述路径延 迟。在第10章中详细讨论了路径延迟说明，它在开关级 模型中也完全适用。
描述方式：
因为开关是用Verilog原语定义的，类似 于逻辑门，实例名称是可选项，所以调用 （实例引用）开关时可以不给出实例名称。
信号out的值由信号data和control的值确定。 out的逻 辑值如表11.1所示。 信号data和control的不同组合导致 这两个开关输出1，0或者z或x，逻辑值(如果不能确定 输出为1或0，就有可能输出z值或x值)。符号L代表0或 z，H代表1或z。
因此，NMOS开关在control信号是1时导通。如果 control信号是0，则输出为高阻态值。与此类似，如 果control信号是0，则PMOS开关导通。 具体的输入 输出参见下表：
CMOS开关用关键字cmos声明。CMOS开关的符号如下图所 示。
CMOS开关实例的引用： CMOS门本质上是两个开关（NMOS和PMOS）的组合体可
f=ab …
主讲 陈付
安徽师范大学 2015
第3讲 Verilog HDL常用建模方法
电路（开关级）级建模
门级（逻辑级）建模
数据流建模
行为级（RTL级）建模
Verilog模型可以是实际电路不同级别的抽象。这些抽象的级别和它们对应的模型 类型共有以下五种： （1）系统级(system) （2）算法级(algorithmic) （3）RTL级(Register Transfer Level): （4）门级(gate-level): （5）开关级(switch-level)
Verilog语言设计归纳总结
使用Verilog语言进行FPGA设计的总结1.在使用case或casex结构进行同步状态机构建时，最后一定要有default状态，在这个状态中主要设计的是纠错程序，这个非常重要，通过这个状态可以把状态机因状态位错误而进入无效或错误的状态中拉回来，或跳出这次操作强制进入下一次操作的初始状态。
2.在使用else-else if ……-else结构时，各个条件之间必须完全是明确地互斥，任何两条件在任何时候都必须不能同时满足。
这个很重要，此重要性，虽在仿真阶段没什么大问题，但当综合成门电路以后在现实的硬件上进行运行时，就会暴露出很多缺陷，影响稳定性问题以及兼容性问题。
3.①在进行同步时序逻辑设计时，对由其他非主时钟信号沿触发的事件，采用信号沿跟踪寄存器，来及时判断沿的发生，当然这样会产生误差，最大会有一个主时钟周期；②判断沿发生的另一种方法是，使用主时钟发生两个一个周期相同的时钟信号，第二个时钟要落后于第一个时钟一个周期，当第一个时钟为高而第一个时钟为低时，说明在此之前第一个时钟有一个上升沿，第二种方法依然会有一个主时钟周期的误差。
4.在把测试模块包括在内的顶层模块的编写中，需要使用“include”来把各个子模块包含进来（被包含的文件名要写完全路径），不需要有输入输出端口列表，也不需要在模块中使用input和output进行声明，但在模块中，必须对需要引用的下层模块的输入输出变量进行声明，不管输入还是输出变量都声明成wire类型，如果不声明则均默认成位宽为1位的变量；在不包括测试模块的顶层模块中，要有输入输出列表，把所有子模块的对外输入输出在列表中体现，并且使用input和output进行声明，其中output也必须默认成wire类型的，而子模块间的输入输出变量使用wire进行一下声明就可以了，但必须要有。
5.在同步状态机设计中，要在前一状态为下一状态的关键变量进行赋值，以使在进入下一状态时，获得稳定的条件。
Verilog算法及建模整理文档
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。
verilog知识点总结
verilog知识点总结Verilog知识点总结Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统。
在数字电路设计中，Verilog是一种重要的工具，它可以描述组合逻辑和时序逻辑，以及设计和验证硬件。
本文将总结Verilog的一些重要知识点，包括模块化设计、数据类型、运算符、时序建模和测试基础等。
一、模块化设计在Verilog中，模块是设计的基本单元。
模块化设计可以使复杂的电路设计更加可管理和可重用。
在Verilog中，模块由模块声明和模块体组成。
模块声明定义了模块的接口，包括输入、输出和内部信号。
模块体定义了模块的功能，包括组合逻辑和时序逻辑。
二、数据类型Verilog支持多种数据类型，包括位、字、整数和实数。
位是最基本的数据类型，用于表示二进制数。
字是一组连续的位，用于表示整数或实数。
整数是有符号或无符号的整数，用于表示整数值。
实数是浮点数，用于表示小数值。
三、运算符Verilog支持多种运算符，包括算术运算符、逻辑运算符、位运算符和关系运算符。
算术运算符包括加法、减法、乘法和除法。
逻辑运算符包括与、或、非和异或。
位运算符包括位与、位或、位非和位异或。
关系运算符包括等于、不等于、大于、小于、大于等于和小于等于。
四、时序建模时序建模是描述时序电路行为的重要方面。
在Verilog中，可以使用时钟信号和时钟边沿来定义时序行为。
时钟信号用于同步电路的操作，时钟边沿用于触发电路的操作。
常用的时序建模语句包括时钟边沿敏感的always语句和延迟语句。
五、测试基础测试是硬件设计过程中的重要环节。
Verilog提供了多种测试方法，包括模拟仿真、自动测试生成和形式验证。
模拟仿真是通过模拟输入信号并观察输出信号来验证电路的功能。
自动测试生成是通过生成测试向量来覆盖电路的所有可能输入组合。
形式验证是通过数学证明来验证电路的正确性。
六、常用编码风格在Verilog中，编码风格是编写可读性高且易于理解的代码的重要因素。
第5讲VerilogHDL行为建模方法详解
• 仿真器连续监视count_enable的值。如果其值为0，则不 执行后面的语句，仿真会停顿下来；如果其值为1，则 在20个时间单位之后执行这条语句。如果count_enable 始终为1，那么count将每20个时间单位加1。
硬件描述语言
22
5.6 条件语句
• 条件语句用于根据某个条件来确定是否执行其后的语句， 关键字if和else用于表示条件语句。Verilog语言共有三种类 型的条件语句，用法如下：
9. 定义顺序块和并行块语句。
10. 理解命名块和命名块的禁用。
11. 在设计实例中进行行为级建模。
硬件描述语言
3
5.1 结构化过程语句
• 在Verilog中有两种结构化的过程语句：initial语句和always 语句，它们是行为级建模的两种基本语句。其他所有的行 为语句只能出现在这两种结构化过程语句里。
硬件描述语言
12
• 使用非阻塞赋值来避免竞争 • 采用阻塞赋值完成
产生了竞争的情况：a = b和b = a，具体执行顺序的先后取决于 所使用的仿真器，因此这段代 码达不到交换a和b值的目的 。
在每个时钟上升沿到来的时候， 仿真器读取每个操作数的值， 进而计算表达式的值并保存在 临时变量中；当赋值的时候， 仿真器将这些保存的值赋予非 阻塞赋值语句的左侧变量。
硬件描述语言
13
5.3 基于延迟的时序控制
• Verilog提供了三种时序控制方法：基于延迟的时序控制、基于事件的时 序控制和电平敏感的时序控制。
• 基于延迟的时序控制出现在表达式中，它指定了语句开始执行到执行完 成之间的时间间隔。其格式如下：
• 延迟值可以是数字、标识符或表达式，需要在延迟值前加上关键字#。 对于过程赋值，Verilog提供了三种类型的延迟控制：常规延迟控制、赋 值内嵌延迟控制和零延迟控制。
Verilog建模实例
• 信号边沿检测器
– 要求检测输入信号的上升沿，检测到上升沿时，输 出一个有效脉冲（脉冲宽度为一个时钟周期）。 module edge_detector(in,clk,out) output out; input in, clk; reg in1, in2;
n1<=in; in2<=in1; end assign endmodule out=!in2&in1;
• 上述的信号边沿检测器对应的硬件结构 是什么？ • 如果要检测的是下降沿，上面的代码怎 么修改？
[课后练习] 1. 设计一个模为N的计数器。(用 parameter来定义)
Verilog模块的部件
Verilog中的端口连接规则
• 思考：如果将上例case语句中default语句不写， 改写成如下所示的三选一数据选择器，那么它对 应的硬件结构又是什么？ always @(C, D, E, s) begin case(s) 2’b00:MUX_OUT=C; 2’b01:MUX_OUT=D; 2’b10:MUX_OUT=E; endcase end
assign C=& Q & ET; assign ena=ET & EP; always @(negedge Rd_n or posedge clk) begin if (!Rd_n) Q<=0; else if (!Ld_n) Q<=D; else if (ena) Q<=Q+1; end endmodule
• 用case构造的四选一选择器 always @(C, D, E, F, s) begin case(s) 2’b00:MUX_OUT=C; 2’b01:MUX_OUT=D; 2’b10:MUX_OUT=E; default:MUX_OUT=F; endcase end 这段代码对应的硬件结构是什么？
Verilog 开发经验总结说明书
Verilog 开发经验总结●以硬件为基础的原则Verilog是硬件描述语言，所谓描述就是是在在描绘已经设计好的电路。
尤其是在刚开始学习HDL时，还没有能直接把语言对应到具体电路的能力，更不能上手直接写Verilog代码。
所以最优方案是先设计好硬件电路，再按照电路编写Verilog。
●模块化思想这个思想不仅仅是Verilog的开发了，就算是C语言甚至现在的超高级语言，也一直在强调封装的概念。
Verilog开发遵循的是自顶向下的模块化设计，思路基本是从最终功能不断细分，直到Verilog可以很直接地描述最基础的硬件单元，例如加法器，移位寄存器等等。
模块划分一定要尽量细，功能单一，且一定要留出使能、复位等接口以便于系统搭建。
说明以下，所谓Verilog可直接描述指的是按照规范描述出来的电路，开发工具能够很清晰地理解所要描述的功能，而不会发生误解等现象。
一个只使用编译器能理解的代码开发的电路，错误率会大大降低。
相反，如果功能划分不够清晰，使得一个模块的功能过于庞杂，不仅描述困难，编译器也可能产生很大的误解。
把握编译器的理解方式是有助于做Verilog的开发的，但这就需要一个长远的积累了，我在最后会给出一些例子。
●时序电路与逻辑电路完全分开Verilog中除了数据流模型和门级模型以外，最常用的是always即行为级模型描述电路。
一个always块可以理解为一个电路，或者实物上的一个芯片。
所以不要在一个always里杂糅时序电路和逻辑电路，那样很可能导致编译器综合出一些奇葩的结果。
时序always模块的敏感变量有且最多两个，一个是时钟边沿，一个是复位边沿，没有再多的敏感变量了。
组合逻辑always中敏感变量列表必须包含该模块所有涉及到的变量，或者直接用(*)代替，个人推荐后者。
●时序always块编写规范在时序always中，统一使用非阻塞赋值<=，因为时序always中在赋值号左侧的变量是真实的触发器，非阻塞赋值在触发时是同时赋值的，这很符合触发器在上升沿到来后同时将D输出到Q的实际情况。
VerilogHDL常用建模方法
按位 或 0
0
0
1
1
按位 结 取反 果 0 1
1
0
1
1
1
1
1
0
按位 异或
0 1
0
0 1
1
1 0
按位 同或
0 1
0
1 0
1
0 1
缩减运算符
缩减运算符包括：缩减与（&）、缩减与非（~&）、缩 减或（|）、缩减或非（~|）、缩减异或（^）、缩减同或 （~^，^~）。 缩减运算符是单目运算符，也有与、或、非运算。其与、 或、非运算规则类似于位运算符的与、或、非运算规则， 但其运算过程不同。
用户自定义原语
//调用上述两个UDP的全加器模块 module U_ADD(SUM,CO,a, b,ci); input a, b,ci; output SUM,CO; U_ADD_S U1(SUM, a, b,ci); U_ADD_C U2(CO,a, b,ci); endmodule
U_ADD_C:U2 a b ci
1
1 1 任意 任意 3
位拼接 条件
移位
算术运算符
【例3-11】 算术运算符示例 module arith(a,b,add,sub,mul,div,mod,pow); input[7:0] a,b; output[7:0] add,sub,mul,div,mod,pow; assign add=a+b, sub=a-b, mul=a*b, div=a/b, mod=a%b, pow=a**4; endmodule
comb~0
PRE D Q
q
ENA CLR
3.3 数据流级建模
1. 连续赋值语句 2. 运算符类型
Verilog HDL学习要点之行为级建模
第 三 种 事 件 表 达 式 代 表 所 指 定 的 信 号 发 生 了 负 跳 变 （ x 0
z 0 1 0 1 x 1 0 中的一种） ，就算事件触发；
Байду номын сангаас
敏感事件列表在 always 过程块中的应用 （1） 用 always 过程块实现组合逻辑 • 事件表达式内不能包含 posedge 和 negedge 关键词 • 组合逻辑的所有输入都要作为<信号名>出现在敏感列表中 （2） 用 always 过程块实现时序逻辑 • 事件表达式可以是上述表达式三种中的任意一种 • 不要求所有输入都要作为<信号名>出现在敏感列表中
end wait (enable==1) d=a&b|c; begin wait (enable==1); d=a&b; d=d|c; end 注意此处要想实现 wait 语句对后面语句的控制只能在顺序执行的语句中。 例子： （参照实现时序逻辑的仿真） module zzy(flag1,flag2); output flag1,flag2; reg enable,flag1,flag2; initial begin flag1=1; flag2=1; enable=1; #20 enable=0; #10 enable=1; end always begin #10; wait(enable==1) flag1=~flag1; end initial begin #10 @(posedge enable) flag2=~flag2; end endmodule
• •
上述变量矢量的的某一位或某几位 存储器数据类型，只能对某个地址单元的整个字进行操作，不能对该字的某一位或某几 位进行赋值操作。 • 上述几个变量用连接操作符“{，}”拼接起来构成的整体。 赋值语句中可以出现延时控制和事件控制的时间控制， 根据控制语句出现的位置可以分为外 部事件控制方式（如#10 a=b）和内部时间控制方式（如 b=#10 ~b） 。前者是等待一段时间后 才计算等号右边的表达式的值， 后者是立即计算等号右边的表达式的值， 等待一段时间后才 赋值。
verilog建模方式
verilog HDL建模方式简单的归纳为三类：结构化描述方式、数据流描述方式、行为描述方式。
一个模块中往往是将三种建模方式混合起来使用，来描述一个完整的功能。
系统级、算法级、RTL级属于行为级，门级、开关级属于结构级。
系统级:用高级语言实现设计模块的外部性能的模型。
算法级:用高级语言结构实现设计算法的模型。
RTL级:描述数据在寄存器之间流动和如何树立这些数据的模型门级:描述逻辑门以及逻辑门之间的连线的模型开关级:描述器件中三极管和存储节点以及他们之间连线的模型1)结构化的建模方式是通过对电路的层次和组成结构进行描述来建模，即通过对器件的调用（HDL概念称为例化），并使用线网来连接各器件来描述一个模块的结构。
这里的器件包括Verilog HDL的内置门如与门and，异或门xor等，也可以是用户自定义的一个模块，还可以是FPGA厂商的提供的一个基本逻辑单元或者宏。
结构化的描述方式反映了一个设计的层次结构。
module FA_struct (A, B, Cin, Sum, Cout);input A;input B;input Cin;output Sum;output Cout;wire S1, T1, T2, T3;// -- statements -- //xor x1 (S1, A, B);xor x2 (Sum, S1, Cin);and A1 (T1, A, B );and A2 (T2, B, Cin);and A3 (T3, A, Cin);or O1 (Cout, T1, T2, T3 );endmodule该实例显示了一个全加器由两个异或门、三个与门、一个或门构成。
S1、T1、T2、T3则是门与门之间的连线。
代码显示了用纯结构的建模方式，其中xor 、and、or 是Verilog HDL 内置的门器件。
以 xor x1 (S1, A, B) 该例化语句为例：xor 表明调用一个内置的异或门，器件名称xor ，代码实例化名x1（类似原理图输入方式）。
Verilog语法简易教程
Verilog语法简易教程Verilog是硬件描述语言（HDL）之一，主要用于硬件设计和仿真。
它于1984年由一家名为Gateway Design Automation的公司开发，并于1985年推出。
Verilog以其简单易学的语法和强大的功能而闻名于世。
本简易教程将向您介绍Verilog的基本语法和常用结构。
它包括模块化设计，数据类型，运算符，条件语句，循环语句和时序建模等内容。
首先，让我们先来了解Verilog中的模块化设计。
在Verilog中，设计是通过定义和连接模块来完成的。
每个模块由输入输出端口和内部逻辑组成。
以下是一个简单的Verilog模块的例子：```module adder(input [3:0] A, B, output [3:0] sum);assign sum = A + B;endmodule```上述代码定义了一个名为adder的模块，它具有两个输入端口A和B，以及一个输出端口sum。
内部逻辑通过assign语句实现，将输入端口A和B相加，并将结果赋值给输出端口sum。
接下来，让我们了解Verilog中的数据类型和运算符。
Verilog支持多种数据类型，包括位向量（bit vector）、整数（integer）、浮点数（real）等。
其中，位向量是最常用的数据类型。
以下是两个位向量相加的例子：```module adder(input [3:0] A, B, output [3:0] sum);assign sum = A + B;endmodule```在这个例子中，输入端口A和B都是4位的位向量，输出端口sum也是4位的位向量。
通过使用+运算符，我们可以对这两个位向量进行相加操作，并将结果赋值给输出端口sum。
除了基本的数据类型和运算符，Verilog还提供了丰富的条件和循环语句。
条件语句允许您在程序中根据一些条件执行不同的操作。
以下是一个简单的条件语句的例子：```beginif (A == B)equal = 1;elseequal = 0;endendmodule```在这个例子中，我们使用了always块来定义一个连续的行为。
VerilogHDL常用建模方法
input a,b,c;
output reg y;
always @(a,b,c)
if((a&b==1)|(b&c==1)|(c&a==1)|(a&b&c==1)) y=1;
else y=0; endmodule
y~8
y~9
c
y~1
a
y
b
y~5
y~3
y~7
3.1 建模方法引例
【例3-3】 对应于步骤二的Verilog建模
3'b010: y=0;
3'b011: y=1;
3'b100: y=0;
3'b101: y=1;
3'b110:
endcase
endmodule
3.1 建模方法引例
【例3-4】 对应于步骤三的Verilog建模 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
3.1 建模方法引例
【例3-6】 对应于步骤五的Verilog建模 module decision_5(a,b,c,y); input a,b,c; output y; //assign y=(a&b)+(b&c)+(c&a); //assign y=a&b+b&c; and (ab,a,b),
(bc,b,c), (ca,c,a); or (y,ab,bc,ca); endmodule
verilog行为建模
#y x=x+1; //标识符延迟控制 #(4:5:6) q=0;//最小、典型和最大延迟值
end
延迟控制指定了 过程赋值语句被 推迟执行的时间。 延迟值总是指遇 到该赋值语句时， 需要等待执行的 相对时间。
b.内嵌赋值延迟控制
内嵌赋值延迟控制将延迟控制嵌入到赋值语句中，放在赋 值符的右边，这种延迟方式的效果与常规延迟赋值是完全 不同的。
a. 常规事件控制
使用符号 ＠ 语句执行的条件是信号的值发生了变化 正向跳变posedge 负向跳变negedge
@ (clock) q =d; //只要信号clock发生改变，就执行q=d语句 @ (posedge clock) q=d; //只要信号clock发生正向跳变，就执行q=d @ (negedge clock) q=d; //只要信号clock发生负向跳变……. q=@ (posedge clock) d; //立即计算d的值，在clock上升沿赋值给q
▪ Verilog的行为建模是用一系列以高级编程语言编写的并行的、 动态的过程块来描述系统的工作。
5.1 结构化过程语句
Verilog中有两种结构化过程语句：initial和always语句，是 行为建模的两种基本语句，所有的行为语句只能出现在这两种 结构化过程语句里。
➢每个initial语句和always语句代表一个独立的执行过程 （或过程块）。
b=a; //使用非阻塞语句的两个并行always块 always @ ( posedge clock)
a<=b; always @ ( posedge clock)
b<=a;
▪ 第一种描述使用阻塞赋值，产生了竞争。 ▪ 第二种描述使用非阻塞赋值语句，在时钟上升沿到来
verilog 乘法 除法
verilog 乘法除法摘要：一、引言二、Verilog 简介三、Verilog 乘法模块设计1.点乘法2.阵列乘法四、Verilog 除法模块设计1.循环除法2.快速除法五、Verilog 乘除法模块的应用六、总结正文：一、引言Verilog 是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路设计领域。
在数字电路设计中，乘法和除法是基本的运算操作。
本文将详细介绍如何使用Verilog 实现乘法和除法功能。
二、Verilog 简介Verilog 是一种基于文本的硬件描述语言，用于描述数字电路和模拟混合信号电路。
Verilog 具有简洁、清晰的语法结构，易于学习和使用。
通过Verilog 描述的电路可以被仿真和验证，确保设计正确性。
1.点乘法点乘法是两个数相乘的简单运算。
在Verilog 中，可以使用assign 语句实现点乘法。
例如：```verilogmodule multiplier(input [15:0] a, b, output [31:0] result);assign result = a * b;endmodule```2.阵列乘法阵列乘法是实现多个数相乘的操作。
在Verilog 中，可以使用for 循环和循环阵列实现阵列乘法。
例如：```verilogmodule multiplier_array(input [15:0] a, b, output [31:0] result);reg [15:0] temp_result [15:0];integer i;for (i = 0; i < 16; i = i + 1)temp_result[i] = a * b[i];assign result = temp_result[15] + temp_result[14] + ...+temp_result[0];endmodule```1.循环除法循环除法是一种简单的除法实现方法，通过不断减去除数和更新商来实现。
verilog 组合逻辑 实现算法
一、概述Verilog语言是一种硬件描述语言（HDL），被广泛用于数字电路设计。
在Verilog中，组合逻辑是指没有状态或存储功能的逻辑电路，其输出仅依赖于输入。
本文将探讨如何使用Verilog语言实现组合逻辑算法，通过引入逻辑门和时序逻辑实现算法功能的计算、控制、通信和存储。
二、Verilog组合逻辑简介1、组合逻辑的特点组合逻辑是指没有存储功能，输出仅由输入决定，不受时钟信号控制。
在Verilog中，通常使用逻辑门（与、或、非、异或等）来描述组合逻辑电路。
组合逻辑可以用于实现逻辑函数、布尔函数和算术运算等。
2、Verilog中的组合逻辑建模在Verilog中，组合逻辑可以通过assign语句或always(*)块来建模。
assign语句用于描述简单的逻辑运算，而always(*)块则用于描述更复杂的逻辑功能，可以包括多路选择器、比较器和算术运算等。
三、Verilog组合逻辑实现算法的步骤1、确定算法需求在实现算法之前，需要明确算法的需求和功能，包括输入输出的定义、逻辑运算的实现和所需的硬件资源。
2、建立逻辑框架根据算法需求，建立逻辑框架，包括输入输出端口、逻辑运算单元和输出控制单元。
逻辑框架可以由逻辑门组成，也可以包括多个逻辑模块的互连。
3、选择适当的逻辑门根据算法需求，选择适当的逻辑门来实现逻辑运算。
常用的逻辑门包括与门、或门、非门和异或门等，可以根据实际需求组合使用。
4、实现算法功能根据逻辑框架和选择的逻辑门，逐步实现算法功能。
可以通过assign语句或always(*)块来描述逻辑运算，实现算法的功能。
5、验证和调试使用仿真工具对Verilog代码进行验证和调试，确保算法功能的正确性和稳定性。
可以通过输入不同的测试数据，观察输出结果是否符合预期。
6、优化算法性能根据仿真结果和实际需求，对算法进行性能优化，包括减少逻辑延迟、优化硬件资源和提高运算速度等。
四、Verilog组合逻辑实现算法的应用Verilog组合逻辑可以广泛应用于数字电路设计、通信系统、控制系统和嵌入式系统等领域。
verilog语言建模
真值表：
实例引用： buf B1 ( F1, F2, F3, F4, CLK);
not N1 (A, B, ready); clk
F1 F2 F3 F4
Verilog语言建模 Verilog语言建模
内建三态门
名称 高有效 三态门 bufif1 关键字 图标 名称 高有效 三态非门 低有效 低有效 三态门 bufif0 三态非门 notif0 notif1 关键字 图标
Verilog语言建模 Verilog语言建模
带门延迟的实例引用
无延迟值： 无延迟值： not N1 (Qbar, Q) ; 延，门时延为0。 1个延迟值： nand #6 个延迟值： (Out, In1, In2) ; 所有时 延均为6，即上升时延和下降时延都是6。 2个延迟值： and #(3,5) (Out, In1, In2, In3 ) ; 个延迟值 上升时延被定义为3，下降时延为5，转换到x的时延是 x 3和5中间的最小值，即3。 3个延迟值：notif1 #(2,8,6) ( Dout, Din1, Din2) ; 个延迟值 notif1 上升时延为2，下降时延为8，截止时延为6，转换到x x 的时延是2、8和6中的最小值，即2。 因为没有定义时
4选1多路选择器的门级结构建模 选 多路选择器的 多路选择器的门级结构建模
module MUX4x1 (Z , D0 , D1 , D2 , D3 , S0 , S1) ; output Z; //端口说明 input D0 , D1 , D2 , D3 , S0 , S1; //端口说明 wire T1,T2, T3, T4; //内部线网说明，缺省说明 S0bar, S1bar and (T0 , D0 , S0bar , S1bar) , (T1 , D1 , S0bar , S1) , (T2 , D2 , S0 , S1bar) , (T3 , D3 , S0 , S1) ; not (S0bar , S0) , (S1bar , S1) ; or (Z , T0 , T1 , T2 , T3) ; endmodule // 1个或门 // 2个非门 // 4个与门
第3章 Verilog HDL常用建模方法
用户自定义原语
//调用上述两个UDP的全加器模块 module U_ADD(SUM,CO,a, b,ci); input a, b,ci; output SUM,CO; U_ADD_S U1(SUM, a, b,ci); U_ADD_C U2(CO,a, b,ci); endmodule
U_ADD_C:U2 a b ci
3.1 建模方法引例
图3-6 功能仿真波形
3.2 结构化形式建模
1. 门级建模 2. 用户自定义原语
门级建模
（1）与/或门类 （2）缓冲/非门类
门级建模
【例3-7】 利用双输入端的nand门，编写 自己与门（my_and）、或门（my_or）、非 门（my_not）、异或门（my_xor）。 module my_and(a,b,y); //用两个nand门 input a,b; output y; wire nandab; nand(nandab,a,b), (y,nandab,nandab); endmodule module my_or(a,b,y); //用三个nand门 input a,b; output y; wire nandaa,nandbb; nand(nandaa,a,a), (nandbb,b,b), (y,nandaa,nandbb); endmodule module my_not(a,y); //用一个nand门 input a; output y; nand(y,a,a); endmodule module my_xor(a,b,y); //用四个nand门实现异或门 input a,b; output y; wire andab,c,d; nand(andab,a,b), (c,andab,a), (d,andab,b), (y,c,d); endmodule
Verilog建模示例
奇数分频电路
• 错位异或法：对占空比为50％的N倍奇数分频 • 首先进行上升沿出发的模N奇数，到某选定值时输出翻转，然后经 (N-1)/2再次翻转，得到一奇数N分频时钟； • 其次进行下降沿出发的模N记数，到某选定值时输出翻转，然后经 (N-1)/2再次翻转，也得到一奇数N分频时钟； • 将两个信号进行或运算
e a b y
3-8译码器
module decode3to8(din,reset,dout); input [2:0] din; input reset_n; output [7:0] dout; reg [7:0] dout; always @(din or reset) begin if (!reset_n) dout = 8’b0000_0000; else case (din) 1’b000: dout = 8’b0000_0001; 1’b001: dout = 8’b0000_0010; 1’b010: dout = 8’b0000_0100; 1’b011: dout = 8’b0000_1000; 1’b100: dout = 8’b0001_0000; 1’b101: dout = 8’b0010_0000; 1’b110: dout = 8’b0100_0000; 1’b111: dout = 8’b1000_0000; endcase end endmodule
二always块状态机
A/Z=0/1 A/Z=0/0
S0
A/Z=1/0
S3
A/Z=1/1
A/Z=0/0
A/Z=1/1
A/Z=0/0
S1
A/Z=1/1
S2
二always块状态机
module mealy_fsm(z,a, clk, rst_n); parameter S0 = 0,S1 = 1,S2 = 2,S3 = 3; output z; input a,clk,rst_n; reg z; reg [1:0] state,new_state; always @(posedge clk or negedge rst_n) if (~rst_n) state <= S0; else state <= new_state; end always @(state or a) case (state) s0: if (a) begin z = 1; new_state = S2; end else z = 0;
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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 (15)3.1软核、固核、硬核 (15)3.2 模块设计流程 (15)3.3 门级结构 (16)3.4 基本逻辑运算 (16)3.5 控制逻辑 (16)3.6 同步和异步 (17)3.7 有限状态机 (18)3.8 综合的一般原则 (21)4 有关总线和时钟 (22)4.1 I2C 双向二线制串行总线协议 (22)4.2时钟发生器的形成（分频的另外一种实现方式） (22)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。
所以，只有在C 语言的配合使用下，Verilog 才能更好地发挥作用。
解决方法：面对上述问题，最好的方法是C 语言与Verilog 语言相辅相成，互相配合使用。
这就是既要利用C 语言的完整性，又要结合Verilog 对硬件描述的精确性，来更快更好地设计出符合性能要求的硬件电路系统。
利用C 语言完善的查错和编译环境，设计者可以先设计出一个功能正确的设计单元，以此作为设计比较的标准。
然后，把C 程序一段一段地改写成用并型结构（类似于Verilog）描述的C 程序，此时还是在C 的环境里，使用的依然是C 语言。
如果运行结果都正确，就将C 语言关键字用Verilog 相应的关键字替换，进入Verilog 的环境。
将测试输入同时加到C 与Verilog 两个单元，将其输出做比较。
这样很容易发现问题的所在，然后更正，再做测试，直至正确无误。
剩下的工作就交给后面的设计工程师继续做。
2) C 语言与Verilog 语言互相转换中存在的问题这样的混合语言设计流程往往会在两种语言的转换中会遇到许多难题。
例如，怎样把C 程序转换成类似Verilog 结构的C 程序，来增加并行度，以保证用硬件实现时运行速度达到设计要求；又如怎样不使用C 中较抽象的语法：例如迭代，指针，不确定次数的循环等等，也能来表示算法（因为转换的目的是要用可综合的Verilog 语句来代替C程序中的语句，而可用于综合的Verilog 语法是相当有限的，往往找不到相应的关键字来替换）。
C 程序是一行接一行依次执行的，属于顺序结构，而Verilog 描述的硬件是可以在同一时间同时运行的，属于并行结构。
这两者之间有很大的冲突。
而Verilog 的仿真软件也是顺序执行的，在时间关系上同实际的硬件是有差异的，可能会出现一些无法发现的问题。
Verilog 可用的输出输入函数很少。
C 语言的花样则很多，转换过程中会遇到一些困难。
C 语言的函数调用与Verilog 中模块的调用也有区别。
C 程序调用函数是没有延时特性的，一个函数是唯一确定的，对同一个函数的不同调用是一样的。
而Verilog 中对模块的不同调用是不同的，即使调用的是同一个模块，必须用不同的名字来指定。
Verilog的语法规则很死，限制很多，能用的判断语句有限。
仿真速度较慢，查错功能差，错误信息不完整。
仿真软件通常也很昂贵，而且不一定可靠。
C 语言没有时间关系，转换后的Verilog 程序必须要能做到没有任何外加的人工延时信号，也就是必须表达为有限状态机，即RTL 级的Verilog，否则将无法使用综合工具把Verilog 源代码转化为门级逻辑。
3) 如何利用C 语言来加快硬件的设计和查错下表中列出了常用的C 与Verilog 相对应的关键字与控制结构下表中，列出了C 与Verilog 相对应的运算符从上面的讨论我们可以总结如下：C 语言与Verilog 硬件描述语言可以配合使用，辅助设计硬件C 语言与Verilog 硬件描述语言很象，只要稍加限制，C 语言的程序很容易转成Verilog 的程序1.2 Verilog HDL与VHDLVerilog HDL和VHDL都是用于逻辑设计的硬件描述语言，并且都已成为IEEE标准。
VHDL是在1987年成为IEEE标准，Verilog HDL则在1995年才正式成为IEEE标准。
之所以VHDL比Verilog HDL早成为IEEE标准，这是因为VHDL是美国军方组织开发的，而Verilog HDL 则是从一个普通的民间公司的私有财产转化而来，基于Verilog HDL的优越性，才成为的IEEE标准，因而有更强的生命力。
VHDL 其英文全名为VHSIC Hardware Description Language,而VHSIC则是Very High Speed Integerated Circuit的缩写词，意为甚高速集成电路,故VHDL其准确的中文译名为甚高速集成电路的硬件描述语言。
Verilog HDL和VHDL作为描述硬件电路设计的语言，其共同的特点在于：能形式化地抽象表示电路的结构和行为、支持逻辑设计中层次与领域的描述、可借用高级语言的精巧结构来简化电路的描述、具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性、支持电路描述由高层到低层的综合转换、硬件描述与实现工艺无关（有关工艺参数可通过语言提供的属性包括进去）、便于文档管理、易于理解和设计重用。
但是Verilog HDL和VHDL又各有其自己的特点。
由于Verilog HDL早在1983年就已推出，至今已有十三年的应用历史，因而Verilog HDL拥有更广泛的设计群体，成熟的资源也远比VHDL丰富。
与VHDL相比VerilogHDL的最大优点是：它是一种非常容易掌握的硬件描述语言，只要有C语言的编程基础，通过二十学时的学习，再加上一段实际操作，一般同学可在二至三个月内掌握这种设计技术。
而掌握VHDL设计技术就比较困难。
这是因为VHDL不很直观，需要有Ada编程基础，一般认为至少需要半年以上的专业培训，才能掌握VHDL的基本设计技术。
目前版本的Verilog HDL和VHDL在行为级抽象建模的覆盖范围方面也有所不同。
一般认为Verilog HDL在系统级抽象方面比VHDL略差一些，而在门级开关电路描述方面比VHDL强得多。
下面图1-3是Verilog HDL和VHDL建模能力的比较图示供读者参考:Verilog HDL较为适合系统级(System)、算法级(Alogrithem)、寄存器传输级(RTL)、逻辑级(Logic)、门级(Gate)、电路开关级(Switch)设计，而对于特大型（几百万门级以上）的系统级(System)设计,则VHDL更为适合，由于这两种HDL语言还在不断地发展过程中，它们都会逐步地完善自己。
美国和中国台湾地区逻辑电路设计和制造厂家大都以Verilog HDL 为主，中国大陆地区目前学习使用VHDL 的较多。
到底选用VHDL 或是Verilog HDL 來配合C 一起用，就留給各位自行去決定。
但从学习的角度来看，Verilog HDL 比較簡單，也與C 语言较接近，容易掌握。
从使用的角度，支持Verilog 硬件描述语言的半导体厂家也较支持VHDL 的多。
2 有关Verilog 中的一些语法2.1 运算符位运算符1) ~ //取反2) & //按位与3) | //按位或4) ^ //按位异或5) ^~ //按位同或(异或非)逻辑运算符在Verilog HDL语言中存在三种逻辑运算符:1) && 逻辑与2) || 逻辑或3) ! 逻辑非等式运算符在Verilog HDL语言中存在四种等式运算符:1) == (等于)2) != (不等于)3) === (等于)4) !== (不等于)"=="和"!="又称为逻辑等式运算符。
其结果由两个操作数的值决定。
由于操作数中某些位可能是不定值x和高阻值z,结果可能为不定值x。
而"==="和"!=="运算符则不同,它在对操作数进行比较时对某些位的不定值x和高阻值z也进行比较,两个操作数必需完全一致，其结果才是1，否则为0。
"==="和"!=="运算符常用于case 表达式的判别,所以又称为"case等式运算符"。
位移运算符左移：右边的添0右移：左边的添0，移除的位舍去举例：4’b1001<<1 = 5’b10010; 4’b1001<<2 = 6’b100100;1<<6 = 32’b1000000; 4’b1001>>1 = 4’b0100; 4’b1001>>4 = 4’b0000;位拼接运算符1.{a,b[3:0],w,3’b101}也可以写成为{a,b[3],b[2],b[1],b[0],w,1’b1,1’b0,1’b1}2.{4{w}} //这等同于{w,w,w,w}3.{b,{3{a,b}}} //这等同于{b,a,b,a,b,a,b}负数:一个数字可以被定义为负数,只需在位宽表达式前加一个减号,减号必须写在数字定义表达式的最前面。
注意减号不可以放在位宽和进制之间也不可以放在进制和具体的数之间。
见下例:-8'd5 //这个表达式代表5的补数（用八位二进制数表示)2.2 Wire、reg、tri、memory型wire型变量通常是用来表示单个门驱动或连续赋值语句驱动的网络型数据，tri型变量则用来表示多驱动器驱动的网络型数据。