软硬件学习记录5—— Verilog语言中的数据类型

Verilog语言中的数据类型

在 Verilog 语言中，主要有三大类数据类型：寄存器数据类型、线网数据类型和参数数据类型。

1、寄存器类型 reg

1.1 概述：
寄存器数据类型的关键字是 reg，reg 类型数据的默认初始值为不定值x

reg 是最常用的寄存器类型，寄存器类型通常用于对存储单元的描述，如 D 型触发器、 ROM等。

寄存器类型信号的特点是在某种触发机制下分配了一个值，在下一触发机制到来之前保留原值。

reg类型的数据只能在 always 语句和 initial 语句中被赋值。

• 如果该过程语句描述的是时序逻辑，即always语句带有时钟信号，则该寄存器变量对应为触发器；
• 如果该过程语句描述的是组合逻辑，即always语句不带有时钟信号，则该寄存器变量对应为硬件连线；

1.2 reg 类型定义语法如下：

reg [msb: lsb] reg1, reg2, . . . reg N;

• msb 和 lsb 定义了范围，表示了位宽。例如 [7:0] 是 8 位位宽，也就是可以表示成 8’b0 至 8’b1111_1111；
• msb 和 lsb 必须为常数值；
• 如果没有定义范围，缺省值为 1 位；
• 没有定义信号数据类型时，缺省为 wire 类型，不是 reg 型。
• 对数组类型按照降序方式，如 [7:0] ；不要写成 [0:7] 。

1.3 举例说明：

reg [3:0] Sat;  // Sat 为 4 位寄存器型信号。
reg Cnt;        //1 位寄存器。
reg [31:0] Kisp, Pisp, Lisp ;  // Kisp, Pisp, Lisp 都是 32 位的寄存器型信号。

2、线网类型 wire

2.1 概述：

• 线网数据类型表示结构实体（例如门）之间的物理连线。
• 线网类型的变量不能储存值，它的值是由驱动它的元件所决定的。
• 驱动线网类型变量的元件有门、连续赋值语句、assign等。
• 如果没有驱动元件连接到线网类型的变量上，则该变量就是高阻的，即其值为z。
• 线网数据类型包括 wire 型和 tri 型，其中最常用的就是 wire 类型。

2.2 wire 类型定义语法如下：

wire [msb: lsb] wire1, wire2, . . .,wireN ;

• msb 和 lsb 定义了范围，表示了位宽。例如 [7:0] 是 8 位位宽，也就是可以表示成 8’b0 至 8’b1111_1111；
• msb 和 lsb 必须为常数值；
• 如果没有定义范围，缺省值为 1 位；
• 没有定义信号数据类型时，缺省为 wire 类型。
• 注意数组类型按照降序方式，如 [7: 0] ，不要写成 [0:7]。

2.3 举例说明：

wire [3:0] Sat; // Sat 为 4 位线型信号
wire Cnt;       //1 位线型信号
wire [31:0] Kisp, Pisp, Lisp ; // Kisp, Pisp, Lisp 都是 32 位的线型信号

3、参数类型

3.1 概述：

• 参数其实就是一个常量，在 Verilog HDL 中用 parameter 定义常量。
• 我们可以一次定义多个参数，参数与参数之间需要用逗号隔开。
• 每个参数定义的右边必须是一个常数表达式。
• 参数型数据常用于定义状态机的状态、数据位宽和延迟大小等。
• 采用标识符来代表一个常量可以提高程序的可读性和可维护性。
• 在模块调用时，可通过参数传递来改变被调用模块中已定义的参数。

3.2 举例说明：

parameter WHITE = 16'b11111_111111_11111;
parameter RED = 16'b11111_000000_00000;
parameter GREEN = 16'b00000_111111_00000;
parameter BLUE = 16'b00000_000000_11111;
parameter YELLOW = 16'b11111_111111_00000;

4、信号位宽（补充内容）

定义信号类型的同时，必须定义好信号的位宽。默认信号的位宽是 1 位，当信号的位宽为 1 时可不表述，如定义位宽为 1 的 wire 型信号 a 可直接用“ wire a;”来表示。但信号的位宽大于 1 位时就一定要表示出来，如用“ wire [7:0]”来表示该 wire 型信号的位宽为 8 位。

信号的位宽取决于要该信号要表示的最大值。该信号能表示的无符号数最大值是： 2n-1，其中 n表示该信号的位宽。例如，信号 a 的最大值为 1000，那么信号 a 的位宽必须大于或等于 10 位。

下面分享一个位宽计算技巧：打开电脑的“计算器”后选用程序员模式，在在 10 进制下输入信号值，如 1000，随后可以查看信号位宽。