实验实例 —逻辑门设计

实例一 逻辑门设计（基于Robei的实验案例）

2.1.1. 本章导读

数字逻辑是芯片电路的基本组成部分。本次设计主要分析数字逻辑门在Robei软件中利用Verilog语言实现的方式，并通过该设计让参与者快速体验并掌握“图形化+代码”的新型设计模式。
理论分析
逻辑门是数字电路的基础，常见的数字电路逻辑门有与门，或门，非门，与非门，或非门和异或门等。本次设计重点讨论其中的几个逻辑门用Verilog在Robei软件中的设计和仿真。以常见的与门（图2-1-1）为例，如图2-1-1所示，通过其真值表可以看出，只有当两个输入同时为1的时候，输出才是1，其他情况下均为0。与门的数学表达式为：y=a&b。

软件准备
熟悉Robei软件。在Robei官方网站（http://www.robei.com）下载最新版Robei软件，并安装。打开Robei软件，熟悉Robei软件的结构和菜单。将鼠标放在工具栏的每个图标上查看图标所代表的内容。在下拉菜单中点击“Help”，查看Robei最新版用户使用说明书。

2.2.2. 设计流程

1. 模型设计
（1）新建一个模型。点击工具栏上的图标，或者点击菜单“File”然后在下拉菜单中选择“New”，会有一个对话框弹出来（如图2-1-2所示）。在弹出的对话框中设置你所设计的模型。
图2-1-2所对应的每项分析如下：

图2-1-2 新建一个项目
Module Name：模块名称，这里我们想创建一个叫andgate的模块，输入andgate。
Module Type：模块类型，Robei目前支持3种类型，“module”，“testbench”和“constrain”。这里我们创建的是一个模块，选择“module”。
Language：设计语言，这里只有一种设计语言Verilog。
Input Ports：输入引脚数目，我们设计的模块有2个输入引脚a和b，所以输入2。
Output Ports：输出引脚数目，我们设计的模块只有1个输出引脚y，所以输入1。
Inout Ports：既可以作为输入又可以作为输出引脚的数目，我们设计的模块没有用到该类型引脚，所以输入0。
参数填写完成后点击“OK”按钮，Robei就会生成一个新的模块，名字就是andgate，如图2-1-3所示：

图2-1-3 与门逻辑界面图
（2）修改模型。在自动生成的界面图上用鼠标选中输入引脚“p0”，右侧的属性编辑栏就会展示该引脚相对应的属性如图2-1-4所示。每条属性有其对应的名称。为了跟设计名称一致，我们把p0的名称改成a，p1的名称改成b，p2的名称改成y。修改的方法是在属性编辑器Name栏里面修改并点回车。为了区分每个引脚，我们可以修改每个引脚的Color值，并点回车保存。修改完成后如图2-1-5所示：


（3）输入算法。点击模型下方的Code（如图2-1-6所示）进入代码设计区。

在代码设计区内输入以下Verilog代码：
assign y = a & b;
该代码实现的是与门逻辑运算。如图2-1-7所示：

（4）保存。点击工具栏 图标，或者点击菜单“File”中的下拉菜单“Saveas”，会出现如图2-1-8的界面，将模型另存到一个文件夹中。

注意：

1. 保存的路径中不能含有中文和空格
2. 保存文件名不能以数字和特殊字符开头
3. 相关的文件要保存在同一路径下
4. 保存的文件名会显示成当前设计的模块名称
5. 命名时不能命名成verilog的关键字，如“module”，“if” 等
   
   （5）运行。在工具栏点击按钮或者点击菜单“Build”的下拉菜单“Run”，执行代码检查。如果有错误，会在输出窗口中显示，错误行数在code中显示的行中，可以通过修改该行或者上下行，错误行数不在code显示的范围中，需要修改界面。如果没有错误提示，恭喜你，模型andgate设计完成。
   

2. 测试文件设计

（1）新建一个文件。点击工具栏上的按钮图标，在弹出的对话框中参照图2-1-9进行设计。

注意：如果Module Type不设置成testbench，仿真将看不到波形。

（2）修改各个引脚的颜色。选中每个引脚，在属性栏中修改其颜色，方便区分不同的引脚信号，如图2-1-20所示。

（3）另存为测试文件。点击工具栏 图标，出现如图2-1-11的界面，将测试文件保存到andgate模型所在的文件夹下。
注意：
1.保存的路径中不能含有中文和空格
2. 保存文件名不能以数字和特殊字符开头
3. 必须保存到和andgate同一路径下，否则Toolbox中找不到andgate模块
4. 保存的文件名会显示成当前设计的模块名称

（4）加入模型。在Toolbox工具箱的Current栏里，会出现一个andgate模型，单击该模型并在andtest上添加。

（5）连接引脚。点击工具栏中的图标，或者选择菜单“Tool”中的“Connect”，连接引脚p0到a，p1到b和y到p2，如图2-1-13所示。这个时候，注意查看连接线的颜色。如果鼠标要变回选择模式，点击图标。

（6）输入激励。点击测试模块下方的“Code”，输入激励算法。激励代码在结束的时候要用$finish 结束。
initial begin
p0 = 0;
p1 = 0;
#1
p0 = 1;
#1
p1 = 1;
#1
p0 = 0;
#1
p1 = 0;
#1
$finish;
end

（7）执行仿真并查看波形。点击工具栏，查看输出信息，检查没有错误之后点击进行仿真，再点击或者菜单“View”中的“Waveview”，波形查看器就会打开，如图2-1-15所示。如果顶层模块的“Module Type”不是 testbench，将不会看到波形。

（8）点击右侧Workspace中的信号，进行添加并查看。点击波形查看器工具栏上的图标进行自动缩放。分析仿真结果并对照真值表，查看设计正确与否。

2.1.3. 问题与思考
本次案例中以与门作为例子进行设计，你如何经过简单改动，按照同样的方式来设计或门，非门和以或门并进行仿真验证？

2.1.4. 常见问题
（1）我为什么仿真之后看不到波形？
Robei的模型有四种类型：“module”，“model”，“testbench” 和“constrain”。 如果你想仿真之后看波形应该将顶层的仿真模块类型设置成“testbench”。同时，testbench的模块输入端口类型应为“reg”，输出类型应为“wire”。
（2）“model”和“module”有什么区别？
正在设计的模块叫做“module”，一旦设计完成，并把此模块应用到其它的设计模块的时候，该模块的类型自动变成“model”。“model”的一些属性不可更改，是被保护了的。
（3）怎么样看到模块的完整代码？
在“Code”中，你只能看到用户输入的代码部分，而且这些代码不是从第一行开始计数的。点击菜单“View”中的下拉菜单“CodeView”，你可以看到所有的代码，包括自动生成的。
（4）我没有注册能不能仿真看波形？
可以。但是仿真的模块数目有限制。