【FPGA教程1】Verilog基础语法

1. 常用关键字/保留字

.main文件速览

module example //模块开始 模块名
{
	input wire sys_clk   , //输入信号
	input wire sys_rst_n , //输入信号
	inout wire sda       , //输入输出信号
	output wire po_flag    //输出信号
}；

//线网型变量
wire [0:0] flag ;

//寄存器型变量
reg [7:0] cnt;

//参数
parameter CNT_MAX = 100;
localparam CNT_MAX = 100;

//模块实例化
example
#(
	.CNT_MAX  (8'd100) //实例化时参数可修改
)

//always
always (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_res_n == 1'b0)
		cnt <= 8'd0;
	else if (cnt == CNT_MAX)
		cnt <= CNT_MAX;
	else cnt <= cnt + 8'd1;
	
//assign
assign po_flag = (cnt == CNT_MAX) ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule

模块 module endmodule

1. 用module表示模块的开始，模块有开始就有结束。
2. 用endmodule表示模块的结束。
3. 模块开始后需要写入模块名，模块名一般与.main文件一致

输入输出信号 input output inout

1. 输入信号：input
2. 输出信号：output
3. 既可以做输入信号也可以做输出信号：inout

变量 wire reg

输入信号需要不能直接变成输出数据，需要经过变量之间的操作修改。

1. 线网型变量
   1. 用wire申明
   2. 可以看成实际的连接，在物理实验中会看成一条真实的连线
2. 寄存器型变量
   1. 用reg申明
   2. 具有对某一数据保留的功能
   3. 会被映射成为一个真实的物理寄存器

参数 parameter localparam

有两个关键字可以用来定义参数。

1. parameter
   可以在顶层文件通过实例化对此功能模块中的参数进行修改
2. localparam
   只能在模块内部使用，不能实例化。

常数

1. 使用基数表示法
2. 格式 ：[换算为二进制后位宽的总长度]['][数值进制符号][与数值进制符号对应的数值]eg. 8'd171 //位宽为8bit，十进制的171
   1. [数值进制符号] ：[h]十六进制、[o]八进制、[b]二进制

   8'hab //8bit的十六进制数ab
   8'o253 //8bit的八进制数253
   8'b1010_1011 //8bit的二进制数1010_1011，'-'增强可读性
   

   2. [换算为二进制后的位宽总长度]：可有可无，verilog会自动匹配合适的位宽。当总位宽大于实际位宽，自动在左边补0；总位宽小于实际位宽，自动截断左边超出的位数。

   'd7与 8'd7：表示相同数值
   8'd7 换算为二进制为8'b0000_0111，前补5个0;
   2'd7 换算为二进制为2'b11，超过2位宽的部分被截断
   如果直接写参数，例如100，表示位宽32bit的十进制数100
   

赋值

1. 阻塞赋值 = //串行

a = 1;
b = 2;
c = 3;
begin 
	a = b;
	c = a;
end

因为是阻塞串行执行，最终得到的结果为

a = 2;
b = 2;
c = 2;

2. 非阻塞赋值 <=//并行

a = 1;
b = 2;
c = 3;
begin 
	a <= b;
	c <= a;
end

因为是并行执行，a、c被赋值是同时执行的，最终得到的结果为

a = 2;
b = 2;
c = 1;

always

always (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_res_n == 1'b0) //当复位信号有效时
		cnt <= 8'd0; //cnt初值设置为0
	else if (cnt == CNT_MAX) //如果计数到最大值
		cnt <= CNT_MAX; //cnt保持在最大值
	else cnt <= cnt + 8'd1;//否则每一个时钟周期cnt++

assign

assign po_flag = (cnt == CNT_MAX) ? 1'b1 : 1'b0;
//如果满足括号内条件，则将1'b1赋值给po_flag，反之将1'b0赋值给po_flag；

运算符

归约运算符、按位运算符

以’'&"为例：

1. 作为一元运算符
   表示归约&m表示将m中所有比特相与，最终的结果为1bit。

   &4'b1111 = 1&1&1&1 = 1'b1
   &4'b1101 = 1&1&0&1 = 1'b0
   

2. 作为二元运算符
   表示按位与，m&n将m的每个比特与n的相应比特相与，运算的时候需要保证m和n的比特数相等，最后的结果和m(n)的比特数相同。

   4'b1010 & 4'b0101 = 4'b0000
   4'b1101 & 4'b1111 = 4'b1101
   

逻辑运算符

"&&“逻辑与、”||“逻辑或、”==“逻辑相等、”！="逻辑不等

关系运算符

<、>、<=、>=，一般用于条件判断语句

移位运算符

1. 左移"<<"，将运算符左边的操作数左移指定的位数，用0补充空闲位。
   b <= a<<1 a左移1位，结果赋值给b
2. 右移">>"，将运算符右边的操作数右移指定的位数，用0补充空闲位。
   b <= a>>2 a右移2位，结果赋值给b
3. 注意：因为会用0填充，一个二进制数一直移位最终全部会变成0
4. 可以代替乘除法使用，<<1看成*2，>>1 看成/2，但需要注意位宽的扩展

位拼接运算符

格式：{ ,}拼接不同的数据之间用"," 隔开。bit
eg.将8bit的a、3bit的b、5bit的c 按顺序拼接成一个16bit的d d = { a, b, c} ;

条件运算符

1. ? :是一个三元运算符，格式:表达式1 ? 表达式2 : 表达式3
2. 执行过程：if(表达式1) 表达式2作为条件表达式的值，else 表达式3作为条件表达式的值。
   eg. a = 6, b = 7, c = ( a > b ) ? a : b 最终得到c=7

优先级

归约运算符 > 算术运算符 > 移位运算符 > 关系运算符 > “==” “!=” > 按位运算符 > “&&” “||” > 条件运算符
一元运算符 > 二元运算符 > 三元运算符

分支控制语句

if-else

与C++相同

case

case分支语句有"case"、“casez”、"casex"三种

case (<控制表达式>)
	<分支语句1> : 语句块1 ;
	……
	<分支语句n> : 语句块n ;
	default : 语句块 n+1 ;
endcase

注意与c语言不同的是，最后要有endcase

系统函数

Verilog中预先定义的任务和函数大多数只能在仿真中使用，方便进行验证
常用系统函数

$display //打印信息，自动换行
$write   //打印信息
$strobe //打印信息，自动换行，最后执行
$monitor  //监测变量
$stop     //暂停仿真
$finish	  //结束仿真
$time     //时间函数
$random   //随机函数
$readmemb //读文件函数

1. 时间参数
   1. timescale 1ns/1ns //时间尺度预编译指令 时间单位/时间精度
   2. 时间单位和时间精度由值1、10、100和单位s、ms、us、ns、ps和fs组成。
   3. 时间单位：定义仿真过程中所有与时间相关量的单位
      仿真过程中使用"#数字" 表示延时相应时间单位的时间，例 #10 表示延时10个单位的时间，即10ns。
   4. 时间精度：决定时间相关量的精度及仿真显示的最小刻度
      timescale 1ns/10ps 精度0.01,#10.11 表示延时’10110ps’
   5. 错误写法timesace 100ps/1ns 单位时间不能比时间精度小