Verilog的基本用法

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1.数制的字母表示

字母	代表含义
h	十六进制
d	十进制
o	八进制
b	二进制
例子：

数字表达式：<位宽><进制><数字>

eg. 4’b1110 表示4位二进制数1110

10’d0表示10位宽的数值0，0000000000

10‘d15,则表示十进制15, 0000001111。

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2.位拼接运算符：

z={x,y}或z<={x,y}
若x=1110，y=0101，则z=11100101。

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3.仿真精度 `timescale 1ns/1ps

先回忆一下秒数的进制转换：
1s = 10³ms = 10⁶us = 10⁹ns = 10¹²ps
`timescale 仿真时间单位/时间精度

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4. `define 的使用

参数定义常用的三种方法：
（1）define
（2）localparam
（3）parameter
define 与localparam和parameter最大的区别就是define 可以跨文件传递参数；parameter只能在模块间传递参数；而localparam只能在其所在的module中起作用，不能参与参数传递。

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5. 异或运算符

在Verilog中^代表异或运算。

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6. 小数的二进制表示

例：
$$(1101.01{)}_2=1\times 2^3+1\times 2^2+0\times 2^1+1\times 2^0+0\times 2^{-1}+1\times 2^{-2}=13.25$$

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7. 单端信号转差分信号

采用OBUFDS原语：

   OBUFDS OBUFDS_inst (
      .O(O),   // 1-bit output: Diff_p output (connect directly to top-level port)
      .OB(OB), // 1-bit output: Diff_n output (connect directly to top-level port)
      .I(I)    // 1-bit input: Buffer input
   );

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8. bt1120格式中的同步码 EAV 、SAV

	EAV(10bit)	SAV(10bit)	EAV(8bit)	SAV(8bit)
有效区域	274	200	9D	80
消隐区域	2D8	2AC	B6	AB

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9. 原码、反码、补码

• 原码： 原码的最高位为符号位，其余位均为数值位。
• 反码： 正数的反码等于原码；负数的原码符号位不变，数值位按位取反即为负数的反码。
• 补码： 正数的原码、反码、补码均相等；负数的反码+1即为补码；

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10. 二进制数的加减乘除

10.1 二进制数的加减法

二进制数的加减法Verilog编写方法：

1. 将要进行加减的数据全部转换为补码。
2. 选取位宽最大的那个数据的位宽+1作为计算结果的位宽。
3. 将要进行加减运算的补码拓展符号位（正数为0，负数为1）至计算结果的位宽。
4. 计算结果中的最高位即为符号位，其余位则为计算结果数据位。（此时的数据仍为补码，可根据需求将补码转换为原码输出即可）。

举例如下：
(-10)+(-2)+3

• -10的原码为1_1010，其反码为1_0101，则其补码为1_0110 ；
• -2的原码为1_10，其反码为1_01，则其补码为1_10 ；
• 3的原码为0_11，其反码、补码均为0_11 ；
• 最大位宽为5，故选取最终计算结果的位宽为6；
• 将-10的补码拓展至6位，即11_0110 ；
• 将-2的补码拓展至6位，即1111_10 ；
• 将3的补码拓展至6位，即0000_11 ；
• 即(-10)+(-2)+3=11_0110+1111_10+0000_11=1_10111(补码) ，计算过程如下图所示 ;
• 将1_10111转换为原码即为-9 。

10.2 二进制数的乘法

二进制数的乘法Verilog编写方法：

1. 将所有乘数全部转换为补码。
2. 计算结果的位宽为乘数的位宽之和。
3. 将乘数的补码拓展符号位（正数为0，负数为1）至计算结果的位宽。
4. 计算结果位宽中的最高位即为符号位，其余位则为计算结果数据位。（此时的数据仍为补码，可根据需求将补码转换为原码输出即可）。

举例如下：
(-2)*3

• -2的原码为1_10，其反码为1_01，则其补码为1_10 ；
• 3的原码为0_11，其反码、补码均为0_11 ；
• -2的补码的位宽为3位，3的补码的位宽也为3位，故最终计算结果的位宽为3+3=6；
• 将-2的补码拓展至6位，即1111_10 ；
• 将3的补码拓展至6位，即0000_11 ；
• 即(-2)3=1111_100000_11=10_111010(补码) ，计算过程如下图所示 ;
• 因为计算结果的位宽为6位，因此只需取10_111010的低6位作为最终结果即可，即111010 。
• 此时的111010 仍为补码，转换为原码即为100110，即-6。

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11. &、&&以及单目运算符（&）的区别

• &：按位与，即按位进行与。
• &&：逻辑与
• 单目运算符（&）：如下所示

 reg [2:0] A;
 B= &A;
即B=((A[0]&A[1])&A[2])

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12. “+：”、“-：”语法

reg [0 +: DATA_WIDTH] data;代表从0开始升序位宽为DATA_WIDTH。
即data[DATA_WIDTH-1:0]

• +：：位宽转换（升序）

********************Define：***********************
reg [15:0] test_big_vect;
reg [0:15] test_little_vect;
*********************Question：********************
test_big_vect[0 +:8]
test_little_vect[0 +:8] 
*********************Answer:***********************
test_big_vect[0 +:8] => test_big_vect[7:0]
test_little_vect[0 +:8] => test_little_vect[0:7]

• -：：位宽转换（降序）

********************Define：***********************
reg [15:0] test_big_vect;
reg [0:15] test_little_vect;
*********************Question：********************
test_big_vect[15 -:8]
test_little_vect[15 -:8] 
*********************Answer:***********************
test_big_vect[15 -:8] => test_big_vect[15:8]
test_little_vect[15 -:8] => test_little_vect[8:15]

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13. `ifdef语法

`ifdef IMG_1080P
    parameter IMAGE_WIDTH_VALID  = 'd1920;
    parameter IMAGE_HEIGHT_VALID = 'd1080;
`elsif IMG_720P
    parameter IMAGE_WIDTH_VALID  = 'd1280;
    parameter IMAGE_HEIGHT_VALID = 'd720;
`else
    parameter IMAGE_WIDTH_VALID  = 'd1920;
    parameter IMAGE_HEIGHT_VALID = 'd1080;
`endif

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14. bmp文件格式

bmp以小端方式存储，即低地址存放低位数据，高地址存放高位数据。且Windows有“补零”的习惯！即要求位图的每一行像素所占字节数必须被4整除。若不能倍4整除，则在该位图每一行的十六进制码末尾“补”1至3个字节的“00”。

位置	字节数	描述
1-2	2	头文件字段，为0x4D42
3-6	4	整个.bmp的大小
7-10	4	保留字段，为0
11-14	4	图片信息的开始位置
15-18	4	DIB header的大小，为0x28
19-22	4	图片宽度
23-26	4	图片高度
27-28	2	色彩平面的数量，为1
29-30	2	每个像素所占用的bit数
31-34	4	采用何种压缩方式，通常为0
35-38	4	原始位图数据的大小，对于不压缩的图片为0
39-42	4	横向分辨率（像素/米）
43-46	4	纵向分辨率（像素/米）
46-50	4	调色板中的颜色数量，通常为0
51-54	4	重要的颜色数量，通常为0，表示每种颜色都重要

• 由于是小端模式，所以刚开始的两个字节为0x4D42

• 表示整个.bmp文件大小的4个字节为0x005EEC36,即十进制的6220854，与文件常规属性里面显示的一致。
  

• 接下来的4个字节为保留字节，为0

• 0x00000036即十进制的54，代表第54字节开始为有效的图像数据。

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15. for循环的用法

Verilog中for循环的语法如下：

 for(循环变量赋初值；循环需要满足的条件；循环变量的增值) begin
	执行语句；
 end

例：

reg [10:0] cnt=0;
integer ii;

initial begin
    for ( ii=0 ;ii<15 ;ii=ii+1 ) begin
        wait(rst_n);
        cnt=cnt+1;
        @(posedge clk);
    end
end

代码运行结果如下图所示：

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16. $fseek的用法

 <integer> = $fseek(<file_desc>, <offset_value>, <operation_number>);

• integer： 定义整型变量，用于$fseek的返回值。如果$fseek成功执行，返回0； $fseek执行失败，返回-1。
• file_desc： 为打开的文件句柄。
• offset_value： 相对于文件的参考指针，偏移的位置， 可以是正数，也可以是负数。
• operation_number： 定位文件指针的位置。 0，文件的起始位置；1，文件的当前位置； 2 文件结束的位置。

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17. $fread的用法

integer <integer>;
<integer> = $fread(<store>，<file_desc>); 
<integer> = $fread(<store>，<file_desc>, <start> );
<integer> = $fread(<store>，<file_desc>, <start>, <count> );
<integer> = $fread(<store>，<file_desc>, , <count> );

• integer： 定义整型变量，用于$fread的返回值。如果$fread成功执行，返回0； $fread执行失败，返回-1。
• store： 将二进制文件中的数据读取到寄存器或者二维数组中。
• file_desc： 为打开的文件句柄
• start: 为二维数组的起始地址
• count: 从起始地址开始， 写入二维数组的数量。

例：

integer code;
reg [7:0] mem [4:0];
integer fd;

initial
begin
    fd = $fopen("tinput.bmp", "r");
    code = $fread(mem, fd);	//表示从二进制文件中读取数据，依次存放到mem[0]，mem[1]，mem[2]，mem[3]。
    code = $fread(mem, fd,1); //表示从二进制文件中读取数据，依次存放到mem[1]，mem[2]，mem[3]。
    code = $fread(mem, fd,1,2); //表示从二进制文件中读取数据，依次存放到mem[1]，mem[2]。
    code = $fread(mem, fd, ,3); //表示从二进制文件中读取数据，依次存放到mem[0]，mem[1]，mem[2]。
end

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18. if条件表达式

reg[31:0] bus;
reg bus_is_active ;

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin 
 	if(bus) begin
 		bus_is_active <=1'b1;
 	end
	else  begin 
  		bus_is_active <=1'b1;
 	end
 end

针对上述代码，只要bus的值不为0，则bus_is_active 即为1。

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19. DDR芯片型号

MT41K512M16芯片在MIG IP核中没有型号，作为替代可以选择两块MT41K512M8作为替换，仅需在选择数据位宽时选择正确的数据位宽即可。即在MIG IP配置时选择DATA WIDTH=16即可。

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20. vivado中多线程编译设置

Windows下的Vivado默认线程数为2，Linux系统下的默认线程数为8。
可以通过以下tcl命令来获取当前的最大线程数：

 get_param general.maxthreads

可以通过以下tcl命令更改最大线程数：

set_param general.maxthreads 8

该方法在重启Vivado后最大线程数都会回到默认的2个。可以通过以下方式解决：

1. 新建vivado_init.tcl文件。
2. 在vivado_init.tcl文件中输入以下命令，如下所示:

 set_param general.maxThreads 8

3. 将vivado_init.tcl文件放入以下路径。
   
4. 重启vivado即可。