Verilog HDL数字系统设计 原理 实例及仿真 第2章

(1) Verilog HDL是一种用于数字逻辑电路描述的语言， 主要用于逻辑电路的建模、仿真和设计。
(2) 用Verilog HDL描述的电路设计就是该电路的Verilog HDL模型。
(3) 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，也可以用元器件和它们 之间的连接来建立所设计电路的Verilog HDL模型。
(1) 每个模块在语言形式上是以关键词module开始、以关 键词endmodule结束的一段程序。
(2) 模块代表硬件电路上的逻辑实体，其范围可以从简单 的门到整个大的系统，比如一个计数器、一个存储子系统、 一个微处理器等。
(3) 模块可以根据描述方法的不同定义成行为型或结构型 (或者是二者的组合)。行为型模块通过传统的编程语言结构定 义数字系统(模块)的状态，如使用if条件语句、赋值语句等。 结构型模块是将数字系统(模块)的状态表达为具有层次概念的 互相连接的子模块。
Verilog HDL 语言具有多种描述能力，包括设计的行为特 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。
Verilog HDL语言编写的模型可使用Verilog仿真器进行验 证，它从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。完整的硬件描述语言可以对从最 复杂的芯片到完整的电子系统进行描述，主要特点如下：
第2章 Verilog HDL 基础
2.1 Verilog HDL的特点 2.2 程序设计流程 2.3 程序的基本结构 2.4 语法基础
2.1 Verilog HDL的特点
Verilog HDL语言描述硬件单元的结构简单、易读，其最 大特点就是易学易用，如果有C语言的编程经验，在一个较短 的时间内即能很快掌握。但Verilog HDL较自由的语法，也容 易使初学者犯一些错误，这一点应注意。
标识模块结束的endmodule之后没有分号。
【例2.1】 一个三位二进制加法器。
module adder (count,sum,a,b,cin); input [2:0] a,b; input cin; output count; output [2:0] sum;
//adder 为模块名，a、b、cin 是输入，count、sum 是输出 //声明输入信号 a, b //声明输入进位信号 cin //声明输出进位信号 count //声明输出信号
(4) 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：
系统级(System)——用高级语言结构实现设计模块行为的 模型；
算法级(Algorithmic)——用高级语言结构实现设计算法行 为的模型，部分可综合；
RTL级(Register Transfer Level)——描述数据在寄存器之 间流动和处理这些数据行为的模型，可综合；
门级(Gate-Level)——描述逻辑门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存储器件 以及它们之间连接的模型。
2.2 程序设计流程
图2.1所示是一个典型的FPGA/CPLD设计流程，而如果是 ASIC设计，则不需要STEP5这个环节，只要把综合后的结果 直接交给集成电路生产厂家即可。
图2.1 典型的FPGA/CPLD设计流程
2.3 程序的基本结构
2.3.1 模块的概念 模块(module)是Verilog HDL设计中的基本描述单位，用
于描述某个设计的功能或结构及其与其他模块通信的外部端 口。每个Verilog HDL设计的系统都是由若干个模块组成的， 所以在学习基本语法之前有必要了解模块的概念。模块具有 如下特征：
assign {count,sum}=a+b+cin;
endmodule
【例2.2】 2选1数据选择器。
module mux2(out, a, b, sl); input a,b,sl; output out;
not u1(ns1，sl); and u2(sela，a，nsl); and u3 (selb，b，sl); or u4(out ，sela，selb); endmodule
(4) 每个模块都可实现特定的功能。 (5) 模块是分层的，高层模块通过调用、连接底层模块的 实例来实现复杂的功能。 (6) 模块之间是并行运行的。 图2.2是一个完整模块的结构示意图，从图中我们可以看 出模块作为Verilog HDL设计中最基本的单元的结模块名是模块唯一性的标识符(模块的名称)。 端口定义是端口(输入、输出和双向端口)的列表，这些 端口用来与其他模块进行连接。端口类型有三种：输入端口 (input)、输出端口(output)和输入/输出(双向)端口(inout)。 通过图2.3模块的端口示意图，我们可以更清楚地了解模 块端口。
图2.3 模块的端口示意图
数据类型声明是对模块中所用到的信号(包括端口信号、 节点信号等)进行数据类型的定义，也就是指定数据对象为寄 存器型、存储器型、线型等。
逻辑功能定义是模块中最核心的部分，有多种方法可 在模块中描述和定义逻辑功能，还可以调用函数(function)和 任务(task)来描述逻辑功能，可以包含 initial结构、always结构、 连续赋值或模块实例等。
图 2.4 2 选 1 数据选择器
图2.4 2选1数据选择器逻辑图
【例2.3】 一位比较器。
module compare (equal,a,b); output equal; input [1:0] a,b; assign equal=(a==b)? 1:0;
endmodule
//比较器模块端口声明 //输出信号 equal //输入信号 a、b //*如果 a、b 两个输入信号相等，输出为 1，否则为 0*/