HDL为什么要有可综合和不可综合两种代码

Verilog HDL和VHDL相比有很多优点，有C语言基础的话很容易上手。搜集了一些网上大神的经验总结和书上的例子，所以对于和我一样的初学者，这篇博客应该还是很有提高作用的，至于具体语法，任何一本书都讲的很详细。

 

0. HDL历史

 

HDL 是 Hardware Description Language 的缩写，中文名“硬件描述语言”，并不是“硬件设计语言（HardwareDescription Language）”。正是这个单词，决定了绝大多数部分电路设计必须遵循RTL的模式来编写代码，而不能随心所欲的写仅仅符合语法的HDL代码。

VHDL 于1980年开始在美国国防部的指导下开发，完成于1983年，并于1987年成为IEEE 的标准。Verilog HDL也形成于差不多的年代，是由Gateway Design Automation 公司大约在1983年左右开发的。其架构同VHDL 相似，但主要被用来进行硬件仿真。探究HDL语言的历史，就能明白这两种最流行的用于电路设计的语言，没有一种是为了设计硬件而开发的(更何况80年代还没有现在的那些功能强大的EDA软件呢)。因此，当初制订 HDL语言标准的时候，并没有考虑这些代码如何用硬件来实现。换句话说，有些代码写起来简单，实现起来却可能非常复杂，或者几乎不可能实现。

1. 可综合

 

1. 所有综合工具都支持的结构

always,assign,begin,end,case,wire,tri,aupply0,supply1,reg,integer,default,for,function,and,nand,or,nor,xor,xnor,buf,
not,bufif0,bufif1,notif0,notif1,if,inout,input,instantitation,module,negedge,posedge,operators,output,parameter  

有些工具支持，有些工具不支持：casex,casez,wand,triand,wor,trior,real,disable,forever,arrays,memories,repreat,task,while

2. 建立可综合模块的原则

1. 不要用initial（FPGA上电时初始状态不定，一般需要上电复位信号，在复位信号有效的时候进行初始化，上电复位信号可以由外部手动输入，也可以系统自己产生，转一篇博客，P.S.现在的综合软件功能已经足够强大，即使写了initial语句，在ISE13.3中仍然是可综合的，而且没有warning和info的提示）
2. 不使用#10（在仿真中有用，实际在硬件上不会实现）
3. 不使用循环次数不定的循环语句，如forever、while等
4. 不使用用户自定义原语（UDP原件）
5. 除非是关键路径设计，一般不采用调用门级原件描述的设计的方法，建议采用行为语句完成设计
6. 尽量使用同步方式设计电路
7. 用always语句描述组合逻辑时，在敏感信号列表中要列出所有输入信号
8. 所有的内部寄存器都应该可以被复位，在FPGA设计时应尽量使用器件的全局复位端信号作为系统的总复位
9. 时序逻辑使用非阻塞赋值，组合逻辑使用阻塞赋值，同一过程块中不要同时使用阻塞和非阻塞两种方式
10. 不要在不同的always过程块中对同一变量赋值（否则综合时会提示有多驱动源错误，multiple source），对同一赋值对象，不能既使用阻塞赋值，又使用非阻塞赋值
11. 如果不打算把变量综合成锁存器，在if语句或case语句的所有分支中都要对变量明确赋值（不能省去else或default，原理：在省去的情况下，变量的值会保持原来的值不变，所以系统会综合出一个锁存器）
12. 避免混合使用上升沿和下降沿触发器
13. 同一变量的赋值不能受多个时钟控制，也不能受两种不同时钟条件（或不同时钟沿）控制
14. 避免在case语句中使用x或z值

2. 不可综合

 

1. 所有综合工具都不支持的结构

time,defparam,$finish,fork,join,initial,delays,UDP,wait 

2. 不可综合语句

1. initial 只能在Testbench中使用，不能综合
2. events 在Testbench中更有用，不能综合
3. real 不支持real类型的综合
4. time 不支持time类型的综合
5. force 和release
6. assign 和 deassign 不支持对reg类型的数据进行assign和deassign综合，支持对wire类型进行assign和deassign的综合
7. fork join 不可综合，可以用非块语句达到同样的效果
8. primitives 支持门级原语综合，不支持非门级原语综合
9. table 不支持table和UDP的综合
10. 敏感符列表中同时有posedge和negedge，如always @ ( posedge clk or negedge clk ) begin ...end
11. 同一个reg被多个always块驱动
12. 延时，不可综合为硬件电路延时，综合工具会忽略延时，但是不会报错
13. 与x、z比较，综合工具会忽略，所以要保证信号只有两个状态，0或1

3. 判断是否可综合

用一句简单的话概括：电脑永远没有你聪明。具体来说，通常EDA软件对HDL代码的综合能力总是比人差。对于一段代码，如果你不能想象出一个较直观的硬件实现方法，那 EDA软件肯定也不行。一般来说：在 RTL 级的描述中，所有逻辑运算和加减法运算、以及他们的有限次组合，基本上是可综合的，否则就有无法综合的可能性。当然，这样的标准仍然有缺陷，更况且EDA的技术也在不断发展，过去无法综合的代码或许将来行，某些软件不支持的代码换个软件或许行。比如固定次数的循环，含一个常数参数的乘法运算等等，有些EDA软件支持对它们的综合，而有些软件不行。

所以，正确的判断仍然要靠实践来积累经验。当你可以较准确判断代码的可综合性的时候，你对HDL的掌握就算完全入门了。