【FPGA】Verilog 基本实验步骤演示 | 以最简单的逻辑非为例
写在前面：本章的目的是让你理解与门、或门和非门的行为，并使用 Verilog 语言实现多输入与门、或门和非门。在生成输入信号之后，你需要通过模拟来验证这些门的操作，并使用 FPGA 来验证 Verilog 实现的电路的行为。
0x00 引入：与门、或门与非门
构成数字系统电路的最基本元素，以集成电路的形式实现逻辑代数中0和1的运算，作为这些逻辑代数基础的门有与门、或门、非门等，它们的组合可以生成多种形式的门。
0x01 与门（AND）
接收两个或多个输入信号的门，所有信号都必须是高信号才能输出高信号，除此之外还必须输出低信号。布尔表达式中的乘法表示如下：
0x02 或门（OR）
接收两个或多个信号，其中一个信号在高信号时输出高值，在没有高信号时输出低值。布尔表达式中的乘法表示如下：
0x03 非门（NOT）
NOT 门（Inverter），通过反转输入值输出。BUFFER 门由两个 NOT gate 组成，信号不变，但增强了信号强度。
0x04 传播延迟（Propagation Delay Time）
从输入到输出的信号值变化所需的平均时间，影响逻辑门的延迟和数量。
0x05 验证 FPGA 行为
动作验证阶段：
- Verilog coding
- Run synthesis
- Device/Pin assignment
- Synthesis / Implement
- Device configuration
例子：非门 Verilog coding
Device assignment：
Device assignment → Device : xc7a75tfgg484(Artix7)
Pin assignment
链接你希望在 FPGA pin list 中分配的 Pin 和 Verilog 源端口：
set_property -dict {PACKAGE_PIN G21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports a]
set_property -dict {PACKAGE_PIN F15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports y] 
Synthesis / Implementation：
Device configuration：
我的板子是 FPGA Starter Kit Ⅲ ：
板子的初始化状态如下所示：
Open Target → 点击 auto connect，自动连接：
选择 Program Device：
输出结果演示：
0x06 练习：4-input 或门
比较（A）和（B）的布尔表达式
完成（A）和（B）的 Verilog 编码
通过（A）和（B）模拟比较输出结果
比较（A）和（B）的动作与 FPGA 的动作
完成 4-input OR gate 的真值表
or.v
`timescale 1ns / 1ps
module input_4_OR(
input A,
input B,
input C,
input D,
output E,
output F,
output G
);
assign E = A | B;
assign F = C | E;
assign G = D | F;
endmoduleor.tb
`timescale 1ns / 1ps
module input_4_OR_tb;
reg A;
reg B;
reg C;
reg D;
wire E;
wire F;
wire G;
input_4_OR u_input_4_OR(
.A(A ),
.B(B ),
.C(C ),
.D(D ),
.E(E ),
.F(F ),
.G(G )
);
initial begin
A = 1'b0;
B = 1'b0;
C = 1'b0;
D = 1'b0;
end
always@(A or B or C or D) begin
A <= #20 ~A;
B <= #30 ~B;
C <= #40 ~C;
D <= #50 ~D;
end
initial begin
#1000
$finish;
end
endmoduleSimulation 结果如下：
Verilog编码 | 运行合成 | 设备/引脚分配 | 综合/实施 | 设备配置
[ 笔者 ] 王亦优
[ 更新 ] 2023.1.3
❌ [ 勘误 ] /* 暂无 */
[ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！| 参考资料 Introduction to Logic and Computer Design, Alan Marcovitz, McGrawHill, 2008 Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. . 百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/. |