Verilog HDL基本语法规则

⭐本专栏针对FPGA进行入门学习,从数电中常见的逻辑代数讲起,结合Verilog HDL语言学习与仿真,主要对组合逻辑电路与时序逻辑电路进行分析与设计,对状态机FSM进行剖析与建模。
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词法规定

为对数字电路进行描述,Verilog语言规定了一套完整的语法结构。

1.间隔符

Verilog 的间隔符主要起分隔文本的作用,可以使文本错落有致,便于阅读与修改。间隔符包括空格符(\b)、TAB 键(\t)、换行符(\n)及换页符。

2.注释符

注释只是为了改善程序可读性,编译时不起作用。

  • 多行注释符(用于写多行注释): / --- /;
  • 单行注释符 :以//开始到行尾结束为注释文字。

3.标识符和关键词

标识符: 给对象(如模块名、电路的输入与输出端口、变量等)取名所用的字符串。以英文字母或下划线开始
如,clk、counter8、_net、bus_A 。

关键词: 用Verilog语言本身规定的特殊字符串定义语言的结构。例如,module、endmodule、input、output、wire、reg、and等都是关键词。关键词都是小写,关键词不能作为标识符使用 。

逻辑值集合

为了表示数字逻辑电路的逻辑状态,Verilog语言规定了4种基本的逻辑值。

0 逻辑0、逻辑假
1 逻辑1、逻辑真
x或X 不确定的值(未知状态)
z或Z 高阻态

常量及其表示

三种类型的常量

  • 整数型常量
  • 实数型常量
  • 字符串型常量

整数型常量

十进制数形式的表示方法:表示有符号常量。例如:30、-2

带基数形式的表示方法:

格式为:<+/-><位宽>’<基数符号><数值>

例如:3’b101、5’o37、8’he3,8’b1001_0011

实数型常量

十进制记数法 如: 0.1、2.0、5.67

科学记数法 如: 23_5.1e2、5E-4、23510.0、0.0005

字符串常量

字符串是用双撇号括起来的字符序列,它必须包含在同一行中,不能分成多行书写。例如:

    ''this is a string''
    ''hello world!''

符号常量

Verilog 允许用参数定义语句定义一个标识符来代表一个常量,称为符号常量。定义的格式为:

parameter 参数名1=常量表达式1 ,参数名2=常量表达式2 , … 

parameter BIT=1, BYTE=8, PI=3.14;

parameter和localparam区别

Verilog中用parameter或者localparam来定义常量,即用来定义一个标志符代表一个常量,从而提高程序的可读性。其说明格式如下:

parameter/localparam    参数名1=表达式,参数名2=表达式, …;

区别:

  • parameter可用作在顶层模块中例化底层模块时传递参数的接口;
  • localparam的作用域仅仅限于当前module,不能作为参数传递的接口。

3.1.4 数据类型(Data Types)

变量的数据类型

  • 线网型
  • 寄存器型

线网类型:是指输出始终根据输入的变化而更新其值的变量,它一般指的是硬件电路中的各种物理连接.

例:网络型变量L的值由与门的驱动信号A和B所决定,即L=A&B。A、B的值发生变化,线网L的值会立即跟着变化。

常用的线网类型由关键词wire定义,格式如下:

wire [n-1:0] 变量名1,变量名2,…,变量名n;

线网类型变量及其说明

线网类型 功能说明
wire, tri 用于表示单元(元件)之间的连线,wire为一般连线; tri用于描述由多个信号源驱动的线网,并没有其他特殊 意义,两者的功能完全相同。
wor, trior 具有线或特性的线网,用于一个线网被多个信号驱动的 情况
wand, triand 具有线与特性的线网,用于一个线网被多个信号驱动的 情况
trireg 具有电荷保持特性的线网类型,用于开关级建模
tri1 上拉电阻,用于开关级建模
tri0 下拉电阻,用于开关级建模
supply1 用于对电源建模,高电平1
supply0 用于对地建模,低电平0

关于多重驱动

在写可综合的Verilog代码时,建议不要对同一个变量进行多次赋值(简称多重驱动),以避免出现多个信号同时驱动一个输出变量的情况。

例如,A、B、C三个内部信号同时接到(驱动)一个输出端L。或者说,输出L同时被三个内部信号所驱动。此时L的逻辑值可无法确定。

寄存器型变量对应的是具有状态保持作用的电路等元件,如触发器、寄存器。寄存器型变量只能在initial或always内部被赋值。

寄存器变量类型

寄存器变量类型及其说明

寄存器类型 功能说明
reg 常用的寄存器型变量
integer 32位带符号的整数型变量
real/realtime 64位带符号的实数型变量
time 64位无符号的时间变量
reg    clock;            //例:一个1位寄存器变量的声明
reg [3:0]  counter;       //例:一个4位寄存器变量的声明

memory型变量的用法

Verilog通过对reg型变量建立数组来对存储器建模,可以描述RAM型存储器、ROM存储器和reg文件。数组中每个单元通过一个数组索引地址。

其格式定义如下:

reg [n-1:0] 存储器名 [m:0]

注意1:

reg [N-1:0] ram;  //一个N位的寄存器
reg  ram [N-1:0]; //一个由N个1位寄存器组成的存储器组

注意2:

不可以对一个完整的寄存器组赋值,只能指定该寄存器组中的地址赋值。


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