Verilog的三种描述方式（结构化描述、数据流描述、行为级描述）

Verilog对电路功能的描述有三种方式：结构化描述、数据流描述、行为级描述。三种描述方式抽象级别不同，各有优缺点，相辅相成，需要配合使用。

目录

一、结构化描述

1、概念

2、特点

3、示例

真值表：

电路抽象：

实现代码:

测试文件：

仿真结果：

实现电路：

二、数据流描述

1、概念

2、特点

3、示例

实现代码:

实现电路：

三、行为级描述

1、概念

2、特点

3、示例

实现代码:

电路实现：

四、参考文献

---

一、结构化描述

1、概念

结构化描述的抽象级别最低，是最接近实际硬件结构的描述方式。

2、特点

• 直接采用结构化描述语句描述，需要描述实现功能所需数字电路的逻辑关系，及其复杂；
• 结构化描述语句常用于层次化模块间的调用、以及ip核的例化等；

3、示例

为简单起见，以3人投票表决器为例，按照结构化描述方式实现功能：

真值表：

3人投票表决器，只有2人及两人以上同一，输出才为1

A	B	C	O
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	1

 

 

 

 

 

电路抽象：

要按照结构化描述来实现这一功能，首先应进行电路抽象。即先抽象出用何种电路实现这一功能，才能进行随后的描述。

经过卡诺图化简，拟采用与、非组合逻辑实现这一功能，即：

O = AB+AC+BC

实现代码:

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: CLL guoliang
// 
// Create Date: 2020/04/22 17:41:37
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


module vote1(
    input A,
    input B,
    input C,
    output O
    );
// mid signal
wire midAB;
wire midAC;
wire midBC;

// vote
AND2 m0(.O(midAB),.I0(A),.I1(B));
AND2 m1(.O(midAC),.I0(A),.I1(C));
AND2 m2(.O(midBC),.I0(C),.I1(B));

OR3 m3(.O(O),.I0(midAB),.I1(midBC),.I2(midAC));

endmodule

测试文件：

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: CLL guoliang
// 
// Create Date: 2020/04/22 17:53:51
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


module vote(

    );
wire A;
wire B;
wire C;
reg [2:0]cnt;
wire O;
// 激励设置
initial
begin
    cnt = 3'b000;
    repeat(10) #10 cnt = cnt+3'b1;
end
assign {C,B,A} = cnt;

//实例化
vote1 minst(
    .A(A),
    .B(B),
    .C(C),
    .O(O)
);
endmodule

仿真结果：

实现电路：

可以看出，功能的电路实现与设计符合；

二、数据流描述

1、概念

数据流描述抽象级别较高，不再需要清晰的刻画具体的数字电路，而比较直观的表达底层逻辑。其又称为寄存器传输级（RTL）描述。

2、特点

• 从数据的变换和传送角度描述模块
• 抽象级别适中，即显示的表达了模块的行为，又隐式的刻画了模块的电路结构；

3、示例

同样以3人投票表决器为例，按照数据流描述方式实现功能：

实现代码:

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: CLL

// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


module vote2(
    input A,
    input B,
    input C,
    output O
    );

// vote
assign O = A&B | A&C | B&C;
endmodule

实现电路：

三、行为级描述

1、概念

行为级描述抽象级别最高，概括能力最强。

2、特点

• 概括能力及强，不关注电路实现，只描述数据逻辑。
• 抽象级别高，综合效率低，电路可控性差；

3、示例

同样以3人投票表决器为例，按照数据流描述方式实现功能：

实现代码:

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2020/04/22 18:25:40
// Design Name: 
// Module Name: vote3
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


module vote3(
    input A,
    input B,
    input C,
    output reg O
    );

// vote
always@(*)
begin
    case({A,B,C})
    3'b000:begin
        O = 1'b0;
    end
    3'b001:begin
        O = 1'b0;
    end
    3'b010:begin
        O = 1'b1;
    end
    3'b011:begin
        O = 1'b1;
    end
    3'b100:begin
        O = 1'b0;
    end
    3'b101:begin
        O = 1'b1;
    end
    3'b110:begin
        O = 1'b1;
    end
    3'b111:begin
        O = 1'b1;
    end
    default:begin
        O = 1'b0;
    end
    endcase
end
endmodule

电路实现：

四、参考文献

《FPGA之道》