Verilog HDL程序基本結(jié)構與程序入門

Verilog HDL程序基本結(jié)構

?Verilog HDL是一種用于數(shù)字邏輯電路設計的語言。用Verilog HDL描述的電路設計就是該電路的Verilog HDL模型。Verilog HDL既是一種行為描述的語言，也是一種結(jié)構描述的語言。也就是說，既可以用電路的功能描述，也可以用元器件和它們之間的連接來建立所設計電路的Verilog HDL模型。Verilog模型可以是實際電路的不同級別的抽象。這些抽象的級別和它們對應的模型類型共有以下5種。

·? 系統(tǒng)級（system）：用高級語言結(jié)構實現(xiàn)設計模塊的外部性能的模型。

·? 算法級（algorithm）：用高級語言結(jié)構實現(xiàn)設計算法的模型。

·? RTL級（Register Transfer Level）：描述數(shù)據(jù)在寄存器之間流動和如何處理這些數(shù)據(jù)的模型。

·? 門級（gate-level）：描述邏輯門以及邏輯門之間的連接的模型。

·? 開關級（switch-level）：描述器件中三極管和儲存節(jié)點以及它們之間連接的模型。

一個復雜電路系統(tǒng)的完整Verilog HDL模型是由若干個Verilog HDL模塊構成的，每一個模塊又可以由若干個子模塊構成。其中有些模塊需要綜合成具體電路，而有些模塊只是與用戶所設計的模塊交互的現(xiàn)存電路或激勵信號源。利用Verilog HDL語言結(jié)構所提供的這種功能就可以構造一個模塊間的清晰層次結(jié)構來描述極其復雜的大型設計，并對所作設計的邏輯電路進行嚴格的驗證。

Verilog HDL行為描述語言作為一種結(jié)構化和過程性的語言，其語法結(jié)構非常適合于算法級和RTL級的模型設計。這種行為描述語言具有以下功能。

·? 可描述順序執(zhí)行或并行執(zhí)行的程序結(jié)構。

·? 用延遲表達式或事件表達式來明確地控制過程的啟動時間。

·? 通過命名的事件來觸發(fā)其他過程里的激活行為或停止行為。

·? 提供了條件、if-else、case、循環(huán)程序結(jié)構。

·? 提供了可帶參數(shù)且非零延續(xù)時間的任務（task）程序結(jié)構。

·? 提供了可定義新的操作符的函數(shù)結(jié)構（function）。

·? 提供了用于建立表達式的算術運算符、邏輯運算符、位運算符。

·? Verilog HDL語言作為一種結(jié)構化的語言也非常適合于門級和開關級的模型設計。因其結(jié)構化的特點又使它具有以下功能。

—? 提供了完整的一套組合型原語（primitive）；

—? 提供了雙向通路和電阻器件的原語；

—? 可建立MOS器件的電荷分享和電荷衰減動態(tài)模型。

Verilog HDL的構造性語句可以精確地建立信號的模型。這是因為在Verilog HDL中，提供了延遲和輸出強度的原語來建立精確程度很高的信號模型。信號值可以有不同的強度，可以通過設定寬范圍的模糊值來降低不確定條件的影響。

Verilog HDL作為一種高級的硬件描述編程語言，有著類似C語言的風格。其中if語句、case語句等和C語言中的對應語句十分相似。如果讀者已經(jīng)掌握C語言編程的基礎，那么學習Verilog HDL并不困難，只要對Verilog HDL某些語句的特殊方面著重理解，并加強上機練習就能很好地掌握它，利用它的強大功能來設計復雜的數(shù)字邏輯電路。下面將介紹Verilog HDL中的基本結(jié)構和語法。

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Verilog HDL程序入門

首先來看幾個Verilog HDL程序，然后從中分析Verilog HDL程序的特性。

例1：加法器。

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module? adder （ count,sum,a,b,cin ）;?? //加法器模塊端口聲明

???? ?input ［2:0］ a,b;???????????????????? ??? //端口說明

???? ?input?? cin;

???? ?output? count;

???? ?output ［2:0］ sum;

???? ?assign {count,sum} = a + b + cin;? ??? //加法器算法實現(xiàn)

endmodule

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這個例子通過連續(xù)賦值語句描述了一個名為adder的三位加法器可以根據(jù)兩個三比特數(shù)a、b和進位（cin）計算出和（sum）和進位（count）。從例子中可以看出整個Verilog HDL程序是嵌套在module和endmodule聲明語句里的。

例2：比較器。

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module? compare （ equal,a,b ）;???? //比較器模塊端口聲明

? ???????output? equal;? ?????????????? //輸出信號equal

? ???????input ［1:0］ a,b; ??????????? //輸入信號a、b

? ???????assign? equal=（a==b）？1：0; //如果a、b 兩個輸入信號相等,輸出為1,否則為0

endmodule

?

這個程序通過連續(xù)賦值語句描述了一個名為compare的比較器。對兩比特數(shù)a、b進行比較，如a與b相等，則輸出equal為高電平，否則為低電平。在這個程序中，“/*........*/”和“//.........”表示注釋部分，注釋只是為了方便程序員理解程序，對編譯是不起作用的。

例3：使用原語的三態(tài)驅(qū)動器。

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module? trist2（out,in,enable）; ? ? //三態(tài)啟動器模塊端口聲明

??? ?output? out;????????????????????? //端口說明

??? ?input?? in, enable;

??? ?bufif1? mybuf（out,in,enable）;? //實例化宏模塊bufif1

endmodule

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這個例子描述了一個名為trist2的三態(tài)驅(qū)動器。程序通過調(diào)用一個在Verilog語言庫中現(xiàn)存的三態(tài)驅(qū)動器實例元件bufif1來實現(xiàn)其功能。

例4：自行設計的三態(tài)驅(qū)動器。

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module? trist1（out,in,enable）;? ?? //三態(tài)啟動器模塊端口聲明

??? ?output? out;???????????????????? ? //端口說明

??? ?input? in, enable;

??? ?mytri? tri_inst（out,in,enable）;//實例化由mytri模塊定義的實例元件tri_inst

endmodule

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??? ?module? mytri（out,in,enable）; //三態(tài)啟動器模塊端口聲明

??? ?output? out;???????????????????????? ?? //端口說明

??? ?input? in, enable;

??? ?assign? out = enable? in : 'bz; ?? //三態(tài)啟動器算法描述

endmodule

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這個例子通過另一種方法描述了一個三態(tài)門。在這個例子中存在著兩個模塊。模塊trist1調(diào)用由模塊mytri定義的實例元件tri_inst。模塊trist1是頂層模塊。模塊mytri則被稱為子模塊。

通過上面的例子可以看到。

·? Verilog HDL程序是由模塊構成的。每個模塊的內(nèi)容都是嵌在module和endmodule兩個語句之間。每個模塊實現(xiàn)特定的功能。模塊是可以進行層次嵌套的。正因為如此,才可以將大型的數(shù)字電路設計分割成不同的小模塊來實現(xiàn)特定的功能,最后通過頂層模塊調(diào)用子模塊來實現(xiàn)整體功能。

·? 每個模塊要進行端口定義,并說明輸入輸出口,然后對模塊的功能進行行為邏輯描述。

·? Verilog HDL程序的書寫格式自由,一行可以寫幾個語句,一個語句也可以分寫多行。

·? 除了endmodule語句外,每個語句和數(shù)據(jù)定義的最后必須有分號。

·? 可以用“/*.....*/”和“//.......”對Verilog HDL程序的任何部分作注釋。一個好的、有使用價值的源程序都應當加上必要的注釋,以增強程序的可讀性和可維護性。