Verilog初级教程（3）Verilog 数据类型
文章目录
- 前言
- 正文
- 变量可以取什么样的值？
- 变量的取值意味着什么？
- 主要的数据类型
- 其他数据类型
- integer
- time / realtime
- real
- 例子
- Verilog的字符串
- 写在最后
前言
这是本系列的第三篇博文，依然很基础，这个系列文章，主要是在没有其他事情的时候，休闲所作！
如问，有没有意义，我觉得对我来说是有意义的：
- 首先，对于我写博客的条理性来说，是有意义的，以前写博客，想到什么写什么，现在需要条理性，也是对知识的一种回顾！
- 其次，对于初学者以及看我博客的人来说，可以作为一种资料来源用作参考！
- 最后，保持写作，写着写着也许就有思路了呢？
我的微信公众号： FPGA LAB
正文
本篇博客讲的是Verilog HDL中的数据类型，我最常用的数据类型，无非就三种，reg、wire，integer；其中integer 主要在for 循环中使用。
变量可以取什么样的值？
变量的取值有四种，由于是数字电路，固然是0和1，那第三种、第四种呢？
高阻态 Z以及未知态X。我们在仿真中常见到这两种状态，有的时候还弄得人很不爽快！
- 何为高阻态？
高阻态是一个数字电路里常见的术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，类似于引脚悬空，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定。
更详细的解释见博客：
三态之高阻态
FPGA基础知识极简教程（8）详解三态缓冲器
- 何为未知态？
未知态，顾名思义，代表不知道的逻辑值，可以是0也可以是1.
如下总结：
| logic value | meaning |
|---|---|
| 0 | represents a logic zero, or a false condition |
| 1 | represents a logic one, or a true condition |
| x | represents an unknown logic value (can be zero or one) |
| z | represents a high-impedance state |
示意图：
变量的取值意味着什么？
Verilog是一种硬件描述语言，用于描述触发器，与非门等等一系列的硬件逻辑，因此，其逻辑取值应该在硬件电路中有所对应！
- 逻辑1代表着电源电压Vdd，逻辑0代表着接地！
- 未知态X可以是0也可以是1，这与布尔代数有所差异，其表示无关！
- 高阻态Z表示未连接任何导线，悬空。
主要的数据类型
主要的数据类型，莫过于reg类型和wire类型，Verilog几乎可以用这两种类型通吃了。
- wire类似于将两个部件在电路板上连接起来：
它用于硬件实体之间的连接，因此不会存储任何值，仅仅起到连接元件的作用：
如果需要多个连线，还可以设置wire的位宽，相当于将几个线捆扎在一起：
wire [3:0] n0;
最后关于wire类型需要注意的是，重复声明或定义是不合规的。
module design;
wire abc;
wire a;
wire b;
wire c;
wire abc; // Error: Identifier "abc" previously declared
assign abc = a & b | c;
endmodule
- reg类型变量可用于数据的存储，其可以看做是register的缩写，也即是寄存器！
如下：
上面的定义，相当于分别定义了一个4bit的存储空间和一个8bit的存储空间，可以用来存储数值。
下图显示了，这种变量在硬件电路中的等价：
其他数据类型
integer
除了wire以及reg型变量，另一个比较常用的便是integer数据类型了，它表示了32bit的数据宽度，用来存储整型值，我们在for循环中常常用到它，例如：
for(integer i = 0; i < 10; i = i + 1) begin
//......
end
或者：
integer i = 0;
for(i = 0; i < 10; i = i + 1) begin
//......
end
time / realtime
这两种类型一般用于仿真，time类型是一个无符号，64bit宽的数据类型，可以用来存储仿真时间用于调试。
realtime的区别在于仅存储浮点型数据。
例如：
time end_time; // end_time can be stored a time value like 50ns
realtime rtime; // rtime = 40.25ps
real
real型变量可以存储浮点值，可以像整数和reg一样进行赋值。
如：
real float; // float = 12.344 - can store floating numbers
例子
module testbench;
integer int_a; // Integer variable
real real_b; // Real variable
time time_c; // Time variable
initial begin
int_a = 32'hcafe_1234; // Assign an integer value
real_b = 0.1234567; // Assign a floating point value
#20; // Advance simulation time by 20 units
time_c = $time; // Assign current simulation time
// Now print all variables using $display system task
$display ("int_a = 0x%0h", int_a);
$display ("real_b = %0.5f", real_b);
$display ("time_c = %0t", time_c);
end
endmodule
仿真结果：
ncsim> run
int_a = 0xcafe1234
real_b = 0.12346
time_c = 20
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.
Verilog的字符串
字符串在reg中被还原，reg变量的宽度必须足够大，以容纳字符串。字符串中的每个字符代表一个ASCll值，需要1个字节。如果变量的大小小于字符串，那么Verilog会截断字符串的最左边的位。如果变量的大小大于字符串，那么Verilog会在字符串的左边添加0。
// "Hello World" requires 11 bytes
reg [8*11:1] str = "Hello World"; // Variable can store 11 bytes, str = "Hello World"
reg [8*5:1] str = "Hello World"; // Variable stores only 5 bytes (rest is truncated), str = "World"
reg [8*20:1] str = "Hello World"; // Variable can store 20 bytes (rest is padded with zeros), str = " Hello World"
下面举一个例子进行仿真：
module testbench;
reg [8*11:1] str1;
reg [8*5:1] str2;
reg [8*20:1] str3;
initial begin
str1 = "Hello World";
str2 = "Hello World";
str3 = "Hello World";
$display ("str1 = %s", str1);
$display ("str2 = %s", str2);
$display ("str3 = %s", str3);
end
endmodule
仿真结果：
ncsim> run
str1 = Hello World
str2 = World
str3 = Hello World
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.
写在最后
-
个人微信公众号：FPGA LAB
-
知乎：李锐博恩
-
FPGA/IC技术交流2020