CH01 FPGA设计Verilog基础笔记（一）
CH01 FPGA设计Verilog基础笔记（一）
一、FPGA技术背景
大规模集成电路设计制造技术和数字信号处理技术，近三十年来，各自得到了迅速的发展。这两个表面上看来没有什么关系的技术领域实质上时紧密相关的。因为数字信号处理系统往往要进行一些复杂的数学运算和数据处理，并且又有实时响应的要求，它们通常是由高速专用逻辑系统或专用数字信号处理器所构成，电路是相当复杂的。因此只有在高速大规模集成电路设计制造技术进步的基础上，才有可能实现真正有意义的实时数字信号处理系统。对实时数字信号处理系统的要求不断提高，也推动了高速大规模集成电路设计制造技术的进步。
FPGA的学习需要一定的单片机和C语言基础。对于单片机来说，它的程序代码是一条指令一条指令的执行的。CPU先通过总线，读取第一条指令，然后解析这条指令，再然后执行这条指令。我们写的C代码总是一条一条地执行。如果我们同时要处理10个子程序，那么CPU必须一个个子程序来执行。如果有些实时性较高的，如矩阵键盘的扫描，VGA刷屏都需要中断来实现。如果刷屏时间过长，就会影响到按键的灵敏度。另外还有，单片机在用串口收发数据，同时我们的单片机要处理外部的IO信号，如果我们的IO信号非常快，并且有几百个信号可能在同一时间触发，很可能单片机就没法实现。
针对以上列出的两种情况，如果用FPGA就可以很方便地解决。由于FPGA的并行性，不管是扫描键盘，还是扫描VGA，都可以把它们当作独立的模块，时间上没有冲突，每个模块可以同时进行。
FPGA的并行性是它的优点，但是顺序性控制却是它的缺点。解决办法也有，例如状态机的设计和在FPGA中运行CPU。下面介绍两个概念，软核和硬核。
软核：软核就是用代码就可以实现的CPU核，这种核配置灵活，成本低。但是占用FPGA宝贵的资源。
硬核：硬核就是一块电路，做到FPGA内部，方便使用，性能更高。比如Xilinx的DDR内存控制器，就是一种硬核，其运行速度非常高，我们只需要做配置就可以使用。
二、Verilog基础语法
单片机的开发语言是C语言，FPGA的开发语言是Verilog，两种语言十分相似，对于熟悉C语言的工程师来说，FPGA的开发语言也方便学习。但是切记不可两者混淆。
- 关键字
module()
…
endmodule
//代表一个模块，代码写在两者之间
/***************************************************/
input 关键词，模块的输入信号。
output 关键词，模块的输出信号。
inout 关键词 模块输入输出双向信号
wire 关键词，寄存器
always@()括号里面是敏感信号。这里的always@(posedge Clk)敏感信号是posedge Clk含义是在上升沿的时候有效。还可以用*表示一个符号，如果是*，则表示一直敏感。
assign用来给output，inout以及wire这些类型进行连线。例如：
wire a, b, y;
assign y = a & b;
/****************************************************/
if…else类似于C语言，这不多做介绍
case…endcase作用域用于状态机的编写
begin…end作用域范围，类似于C的大括号{ }。
parameter定义参数的功能。如：parameter a =180;
include和define都是预处理命令，用于常量阈值的阐述，不过用的时候前面都加一个点，例如：`include `define
符号部分大体根C语言类似，主要说明以下两个符号：
“<=”非阻塞赋值，或者赋值符号，在一个always模块中，所有语句一起更新。当然它也可以表示小于等于。
“=”阻塞赋值，或者给信号赋值，如果在always模块中，这条语句被立刻执行。阻塞赋值和非阻塞赋值将在后面进行详细说明。
- 基数表示法
[size]`[signed] base value
size是指该常量用二进制表示的位数（位宽）；signed是小写s或者大写S；base为o或O（表示八进制），b或B（表示二进制），d或D（表示十进制），h或H（表示十六进制）之一；value是基于base值的数字序列。例如：
5 `o37 5位八进制数
4 `D2 4位十进制数
4 `B1x_01 4位二进制数
- 阻塞赋值和非阻塞赋值
非阻塞赋值比较常见，如下：
reg A;
reg B;
always @(posedge clk)
begin
A<= 1`b1;
B<= 1`b1;
/****或者**
B<= 1`b1;
A<= 1`b1;
***********/
end
这段程序里，A和B是同时被赋值的，具体是说在时钟的上升沿来的时刻，A和B同时被置1.调换A和B的上下顺序，将得到相同的结果。
接着看另外一段程序：
reg A;
reg B;
always @(posedge clk)
begin
A<=1`b1;
end
always @(posedge clk)
A<=1`b1;
end
这段程序，与上一段程序也是完全等价的，A和B在同一时刻被赋值。两端程序的综合逻辑也是一样的，这就是非阻塞赋值的特点，体现了FPGA的并行性！
接下来看阻塞赋值，它少了一个非，表示会阻塞住，那么体会下这个阻塞：
always @(posedge clk)
begin
A = 1`b1;
B <= 1`b1;
end
这个程序是阻塞和非阻塞的混合使用，一般禁止这么写。程序流程：当时钟上升沿来临时，首先A会被置1，然后B寄存器再被置1.区别就是A和B不会被同时置1，A要比B提前零点几纳秒。这样就出现了先后顺序，但这个过程还是在一个时钟内完成的，只不过A要比B提前零点几纳秒。对于低速时钟来说，这影响不大，但随着时钟速度的提高，这样的语句就要小心了。
- Verilog HDL 代码规范
项目架构设计：
命名规则：
1、 顶层文件
对象+功能+top
比如：video_oneline_top
2、 逻辑控制文件
介于顶层和驱动层文件之间
对象+ctr
比如：ddr_ctr.v
3、 驱动程序命名
对象+功能+dri
比如：lcd_dri.v、uart_rxd_dri.v
4、 参数文件命名
对象+para
比如：lcd_para.v
5、 模块接口命名
文件名+u
比如：lcd_dir lcd_dir_u(……)
特征名+文件名+u
比如：mcb_read c3_mcb_rad_u
6、 程序注释
程序注释根C语言类似，用“//”
7、 信号命名
对象+功能（+极性）+特性
8、 时钟信号
对象+功能+特性
比如：phy_txclk_i、sys_50mhz_i
9、 复位信号
对象+功能+极性+特性
比如：phy_rst_n_i、 sys_rest_n_i
10、 延迟信号
对象+功能+特性1+特征2
比如：fram_sync_i_r0、 fram_sync_r_r1
11、 特定功能计数器
对象+cnt
比如：line_cnt、 div_cnt0、 div_cnt1
功能+cnt
比如：wr_cnt、 rd_rnt
对象+功能+cnt
比如：fifo_wr_cnt、mcb_wr_cnt
对象+对象+cnt
比如：video_line_cnt
12、 一般计数器
cnt+序号
用于不容易混淆的计数器
比如：cnt0、cnt1
13、 时序同步信号
对象+功能+特性
比如：line_sync_i、fram_sync_i
14、 使能信号
功能+en
比如：wr_en、rd_en
对象+功能+en
比如：fifo_wr_en、mcb_wr_en
