verilog学习笔记（一）

因为参与的新项目需要用fpga，所以自己学了一下verilog语言。整理一些比较基础的内容。

verilog程序最重要的结构就是模块module，它在形式上与c语言的函数很像，但是由于verilog是面向硬件的语言，因此在设计思想上与c语言是有一定的差别的。

一个verilog模块通常必须有的变量：clk时钟，rst置位，input输入，output输出

 下面是一些verilog中常用的声明。

Parameter常量

Wire输入输出信号缺省时默认是wire，是assign关键字指定的组合逻辑信号

Wire [n:1]   a1,...,ai  每个总线有n个线路，共i个总线

Reg 在always块里的指定信号，常代表触发器寄存器

Reg[4:1] a   一个4位的名为a的reg信号 编号从1到4由低位到高位

Reg变量可以是正数或负数，但是在运算时视为正数

如果需要中间赋值或运算，需声明成reg类型

 

一个verilog模块的主要结构如下

 

Module 模块名（端口列表）;

Wire reg 和其他类型声明;

Assign数据流声明;

Always initial块，行为语句   #verilog中各个always块都是并行执行的，不存在谁先谁后的关系
...
任务和函数...
...
Endmodule

 

 

 

always @(posedge clk)  #上升沿到来时触发

 

verilog数据常量定义：
数字表达式：<位宽><进制><数字>
'b:二进制 4'b1110 表示4位二进制数1110
'h:十六进制 8'hef、4'ha
'd:十进制  2'd3、4'd15(不能写16，4位宽最大15)等

 

顶层程序调用底层module和c语言函数格式类似，通过module定义的端口传递参数，但是使用思想不同。

模组类名 实例名（端口变量）

端口变量尽量书写规范

.a(A)  #.模组定义端口变量（实际变量）

 

Case语句的本质是分支比较，两个值的比较，若分支和case后面的值相等则运行相应分支语句，因此case后面的值可以是常值。

 

verilog文件开头一般有timescale

`timescale 仿真时间单位/时间精度

 

verilog基本运算：

 verilog有两种赋值符号分别是<=和=。

 <=是非阻塞赋值，在always块完成后才赋值；
=是阻塞赋值，赋值完成后才进入下一句；
一般时序逻辑用<=，组合逻辑用=。

 

~ 按位取反 比如：11110 取反后为00001
！逻辑取反 ，如！非0 为0 ！0 为1

 

&&：代表逻辑与。

&：代表与门运算(按位与)。

 

^异或处理，对一个变量里面1的个数是奇数偶数的判断，偶数为0，奇数为1

实际是对该变量相邻位逐一求异或。

 

1 组合逻辑：

组合逻辑的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原本的状态无关，逻辑中不牵涉跳变沿信号的处理，组合逻辑的verilog描述方式有两种：

（1）：always @（电平敏感信号列表）

always模块的敏感列表为所有判断条件信号和输入信号，但一定要注意敏感列表的完整性。在always 模块中可以使用if、case 和for 等各种RTL 关键字结构。由于赋值语句有阻塞赋值和非阻塞赋值两类，建议读者使用阻塞赋值语句“=”。always 模块中的信号必须定义为reg 型，不过最终的实现结果中并没有寄存器。这是由于在组合逻辑电路描述中，将信号定义为reg型，只是为了满足语法要求。

（2）：assign描述的赋值语句。

信号只能被定义为wire型。

2 时序逻辑：

时序逻辑是Verilog HDL 设计中另一类重要应用，其特点为任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关。电路里面有存储元件（各类触发器，在FPGA 芯片结构中只有D 触发器）用于记忆信息，从电路行为上讲，不管输入如何变化，仅当时钟的沿（上升沿或下降沿）到达时，才有可能使输出发生变化。

与组合逻辑不同的是：

（1）在描述时序电路的always块中的reg型信号都会被综合成寄存器，这是和组合逻辑电路所不同的。

（2）时序逻辑中推荐使用非阻塞赋值“<=”。

（3）时序逻辑的敏感信号列表只需要加入所用的时钟触发沿即可，其余所有的输入和条件判断信号都不用加入，这是因为时序逻辑是通过时钟信号的跳变沿来控制的。

 

(*keep = "true"*)

有时候在chipscope中很难找到你预期的信号,这往往是被综合器优化掉了,或者更改了信号名.有效的方法是在源代码中加上约束语句,这样就不用对代码做大的改动.

 

fifo：

Fist in first out。先入先出的数据缓存器，没有外部读写地址线，可同时读写。

同步FIFO和异步FIFO。

同步FIFO只有一个时钟，也就是说写端和读端的时钟是一样的。

异步FIFO读端和写端两个时钟则是不一样的。包括同频异相，异频异相。

FIFO用途：

数据缓冲器。比如你写端burst一个数据，没有fifo缓冲的话就炸了。Fifo会把写端的突发数据缓存，读端可以慢慢的读出来。

跨时钟域。异步fifo主要使用在不同时钟域的边缘，用来同步数据到另一个时钟域。

对于异步读写时钟不同的fifo需要求fifo深度，深度是写需要的时间内读端没有读完的数据量（word），下面是在网上找到的一个比较好的解释fifo深度的例子