module的定义及端口的作用

模型功能

• module是verilog中层次划分的基本单元
• 通过module之间的调用，可以实现硬件描述层次的提高
• 端口列表则是module的输入输出，和数字电路的走线连接等效
• 基于module的不断地叠加，verilog可以完成从底层的与或门到复杂数字系统的逐步设计

模型框图

//module define
module A#(
  input i_clk
)(

);
//module application
B #(
  .MD_SIM(1'b1)
)u_B(
  .i_clk(i_clk)
);

endmodule

实现步骤

1. 确认模块的名称

• 模块名是调用该模块的句柄，一个工程中不允许存在同一个模块
• 但是如果是封装为IP，采用OOC的综合方式，则vivado是支持在不同IP中使用同样命名的模块
• 一般模块的命名突出功能特点
• 比如硬件模块BRAM、FIFO，总线转接模块AXISMART，测试激励模块tb_bram等
• 只要能一眼看出模块的作用即可

2. 确认模块的参数列表

• 和C语言的函数的参数类似，verilog的模块也是可以传递参数的
• 参数作为整个模块的常数项，可以随意插入而不用考虑时序问题，是模块灵活通用的关键所在
• 一般位宽、硬件信息、延时大小等用户参数，均需要通过参数列表进行传递

3. 确认模块的信号列表

• 与参数不同，信号的输入输出必须考虑到时序问题和方向问题
• 一般信号的输入用于该模块的控制和数据的输入
• 而信号的输出则是该模块的标志位和数据的输出
• 但是这个只是对于一般模块级别的设计
• 更加复杂的系统会引入各种操作总线，利用通用协议，实现各种握手交互
• 所以
  • 一个信号列表应该对信号输入、信号输出、总线交互三个部分进行明确的区分
  • 才能具备很好的区分度和可维护性

4. 模块的调用方法

• 如前所示，模块的调用同样包括了参数部分和信号部分
• 其中参数部分可以缺省
• 信号部分输出可以缺省，输入缺省的话，则依赖编译器的处理逻辑
  • 比如vivado一般将缺省的输入置零
  • modelsim一般置为X

5. generate在模块调用中的应用

• 在C语言中，函数可以在for、if等结构中进行重复调用
• 而verilog中，所有硬件并行执行，无法实现在for中按照步骤执行
• 为了实现顺序执行，常采用状态机或者流水线去构建级联的硬件
  • 显然，这种方法将会造成很大调用问题
• 在verilog中，实现级联逻辑一般用generate for
  • for的含义是将模块多次重复，依靠级联信号实现处理逻辑的步步执行
  • 这个方法可以有效地解决模块重复调用地问题
• 当然，可以使用generate if对某些模块进行选择性执行
  • 但是，这里必须由常数对if的条件进行控制
  • 也就是说，信号是无法控制模块是否调用的
  • 要实现类似C的两个函数中选择一个执行，verilog需要将判断条件施加在输出上
• 还有一个generate case，和if是类似的效果

generate genvar i;
for(i = 0; i < 3; i = i + 1)
  begin:FOR_3
    A u_A(
      .i_clk(i_clk),
      .i_dat1(3'h111),
      .i_dat2(2'b11),
      .i_dat3(1'b1)    
    ); 
  end 
endgenerate

• 如上所示
  • 在for级联逻辑中，位宽的匹配是一个比较重要的点
  • 为了保证信号的准确性，位宽连接只存在两种格式：
    • 复制：输入信号不大于端口位宽，则复制该信号到所有模块
    • 对齐：输入信号位宽大于端口位宽，则将输入信号对齐至N*端口位宽（高位补零），然后按名称顺序匹配
  • 则示例中的三个数据结果为
    • FOR_3[2].u_A.i_dat1 = 1'b1（对齐）
    • FOR_3[1].u_A.i_dat2 = 1'b0（对齐）
    • FOR_3[0].u_A.i_dat3 = 1'b1（复制）
• 所以，在使用generate for时，需要严格控制位宽，缺省位宽是不可取的，而直接写整型，则会被认为是32位宽的数据进行对齐

最终效果

调用接口

• 示例模型，无调用接口