parameter常数及常数函数的使用

模型功能

• 常数在verilog设计中具备特殊的含义
  • 一个可以由编译器进行处理的数
• 和C语言中常数一个不变的变量的作用不同
• 在verilog中，常数更多地作为预编译变量以提高设计的灵活性
  • 在上一篇文章中已经使用的genvar i就是用于级联变量而存在
• 也就是说
  • verilog的常数更多地服务于结构描述
  • 当然也可以作为数据，用于一些计算
• 而常数函数，则是实现参数关联的方法

模型框图

`timescale 1ns / 1ps
/*

*/
// *******************************************************************************
// Company: Fpga Publish
// Engineer: FP 
// 
// Create Date: 2024/03/24 12:39:43
// Design Name: 
// Module Name: verilog_demo
// Project Name: 
// Target Devices: ZYNQ7010 | XCZU2CG | Kintex7
// Tool Versions: 2021.1 || 2022.2
// Description: 
//         * 
// Dependencies: 
//         * 
// Revision: 0.01 
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
// *******************************************************************************
module verilog_demo #(
    //mode
    parameter MD_SIM_ABLE = 0,
    //number
    parameter NB_DELAY_CLK = 100,
    //width
    parameter WD_ERR_INFO = 4
   )(
    //! system signals
    input           i_sys_clk   ,  
    input           i_sys_resetn,  
    //! @virtualbus uart_interface @dir out
    output          m_uart_0_mtx, //! uart master tx
    input           m_uart_0_mrx, //! uart master rx
    //! @end 
    //! error info feedback
    output   [WD_ERR_INFO-1:0]  m_err_verilog_info1
);
//========================================================
//function to math and logic
function automatic integer LOG2(input integer N);
begin
    N = N - 1;
    for(LOG2 = 0; N > 0; LOG2 = LOG2 + 1)
    begin
        N = N >> 1;
    end
end 
endfunction

//========================================================
//localparam to converation and calculate

//========================================================
//register and wire to time sequence and combine

//========================================================
//always and assign to drive logic and connect

//========================================================
//module and task to build part of system

//========================================================
//expand and plug-in part with version 

//========================================================
//ila and vio to debug and monitor

endmodule
              
/* end verilog

*/

实现步骤

1. 传递参数的使用

• 一般是用于本模块中可以灵活适应的常量，比如数据位宽、计算延时、处理模式等
• 笔者更为倾向于将参数分为下列三类：
  • 位宽（WD）：用于控制信号的位宽，这个和FPGA信号的连贯性有关
  • 模式（MD）：一般用于某些功能的拓展，可以增强模块的复用
  • 数量（NB）：一些延时个数以及公式所需的系数等

2. 本地参数的作用

• 一般来说，localparam不能被外部的defparam修改，而parameter可以
• 所以，对于转化参数和内部无法修改的参数，一般作为本地参数
• 其更多用于过程量和一些不可修改的关键量

3. 常数函数的使用

• 如第二章模型中所示的LOG2函数
• 则是利用FPGA的移位操作实现的向下取整的LOG2函数，常用于位宽和范围的转化
• 可以解决修改范围时位宽无法适配的问题

4. 高拓展性模块的实现

• 将所有的位宽均纳入参数自动匹配
  • 这样才能保证位宽可以适应所有的处理需求
• 将新增加的功能都加入到模式控制
  • 这样可以随时打开或者关闭某些功能，实现最大化的评估各个功能的组合效果
• 将所有可调的数量都引入传递参数
  • 这样的传递可以不用为了修改某些很小的数去修改模块内的代码
  • 达到模块的最大化复用

5. 常数在模块内部的使用

• 纯常数计算对于FPGA来说不占额外的资源
  • 这意味着，（信号 * 常数 * 常数） 和（常数 * 常数 * 信号）所描述的硬件具备很大的差别
  • 一般前者需要两倍的资源去映射
• 所以，对于需要按照步骤执行的计算，最好的方法是将公式的顺序进行优化
  • 优先计算常数项
  • 然后计算常数项与信号项的交互
• 另外，关于计算常数除法，如果是整型，可以利用移位操作实现乘法替换除法
  • 具体原理：Y = X / 100 = X * (2 ** 16 / 100) >> 16;
  • 其中括号中的常数项可以先计算
  • 与X相乘后即得到放大后的除法结果
  • 在后续处理中再和其他系数的放大倍数进行统一的归一
  • 可以在极短的时间内完成复杂的除法和乘法的运算结果

最终效果

• 基于参数封装的verilog效果图
• 可以实现xilinx的IP核形式的参数控制，获取最大的兼容性
  

调用接口

• 非封装模型，无调用方法