SystemVerilog logic、wire、reg数据类型详解

        在Verilog中，wire和reg是最常见的两种数据类型，也是初学者非常容易混淆的概念。           SystemVerilog的一大改进是支持logic数据类型，它在多数时候可以不加区分地替代wire和reg。但如果不熟悉logic的限制随意使用，也容易遇到意想不到的错误。本文主要对比三种数据类型的区别，并总结它们的使用方法。

Verilog的wire和reg类型

在Verilog中，由于需要描述不同的硬件结构，数据类型总体分为net和variable两大类。

net类型设计用于表示导线结构，它不存储状态，只能负责传递驱动级的输出。net类型数据需要使用assign关键字连续赋值（continuous assignment）。虽然assign语句一般被综合成组合逻辑，但net本质还是导线，真正被综合成组合逻辑的是assign右边的逻辑运算表达式。常见的net类型数据包括wire、tri、wand和supply0等。

variable类型设计用于表示存储结构，它内部存储状态，并在时钟沿到来或异步信号改变等条件触发时改变内部状态。variable类型数据需要使用过程赋值（procedural assignment），即赋值定义在always、initial、task或function语法块中。reg是最典型的variable类型数据，但需要说明的是，综合工具可能将reg优化综合成组合逻辑，并不一定是寄存器。常见的variable类型数据包括reg、integer、time、real、realtime等。

所以总结Verilog wire和reg的区别：

• wire表示导线结构，reg表示存储结构。
• wire使用assign赋值，reg赋值定义在always、initial、task或function代码块中。
• wire赋值综合成组合逻辑，reg可能综合成时序逻辑，也可能综合成组合逻辑。

SystemVerilog的logic类型

SystemVerilog在Verilog基础上新增支持logic数据类型，logic是reg类型的改进，它既可被过程赋值也能被连续赋值，编译器可自动推断logic是reg还是wire。唯一的限制是logic只允许一个输入，不能被多重驱动，所以inout类型端口不能定义为logic。不过这个限制也带来了一个好处，由于大部分电路结构本就是单驱动，如果误接了多个驱动，使用logic在编译时会报错，帮助发现bug。所以单驱动时用logic，多驱动时用wire。

        在Jason的博客评论中，Evan还提到一点logic和wire的区别。wire定义时赋值是连续赋值，而logic定义时赋值只是赋初值，并且赋初值是不能被综合的。

wire mysignal0 = A & B;     // continuous assignment, AND gate
logic mysignal1 = A & B;    // not synthesizable, initializes mysignal1 to the value of A & B at time 0 and then makes no further changes to it.
logic mysignal2;
assign mysignal2 = A & B;   // Continuous assignment, AND gate

所以总结SystemVerilog logic的使用方法：

• 单驱动时logic可完全替代reg和wire，除了Evan提到的赋初值问题。
• 多驱动时，如inout类型端口，使用wire。

参考资料

[1]https://www.verilogpro.com/verilog-reg-verilog-wire-systemverilog-logic

[2] Spear, Chris. SystemVerilog for Verification, Second Edition: A Guide to Learning the Testbench Language Features. Springer, 2008.