观天下!02-初识Verilog
2023-05-20 22:26:25
博客园
【资料图】
1.开发环境搭建需要使用的软件:
QuartusIIModelSimVisioNotepad++2.初识Verilog2.1 Verilog HDL简介Verilog HDL是一种硬件描述语言,以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言,用它可以表示逻辑电路图\逻辑表达式,还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能Verilog语法自由,易学易用,适用于算法级,门级设计,代码简介,发展较快Verilog从C语言发展而来的2.2 逻辑值0 -- 逻辑低电平,条件为假1 -- 逻辑高电平,条件为真z -- 高阻态,无驱动x -- 未知逻辑电平实际电路中存在0,1,z,亚稳态2.3 关键字module example( input wire sys_rst_n,//输入信号 inout wire sda,//输入输出信号,基本不用 output wire po_flag // 输出信号); // 只有输入信号是不能直接得到输出信号的 // 需要通过一些数据和参数对输入信号进行处理,得到输出信号 // 一般需要对输入信号进行处理之后得到输出信号 // 线网型变量 -- wire可以被看作是物理连接 -- 被综合成物理连线 wire [0:0] flag; // 寄存器型变量 -- 具有对某一时间点的状态进行保持的功能 // 可综合电路中被综合成寄存器 reg [7:0] cnt; // 参数的定义 // parameter 可以在顶层模块通过实例化对参数进行修改 parameter CNT_MAX = 100; //localparam -- 只用在模块内部,不能在实例化的时候进行修改 localparam CNT_MAX = 100; // 模块的实例化 example #( .CNT_MAX (8"d100) // 实例化时参数可以修改 ) example_inst ( .sys_clk (sys_clk), .sys_rst_n (sys_rst_n), .po_flag (po_flag) ); /* 常量 表示方法: [换算为二进制数之后的位宽]"[进制符号][与数值对应的进制数] 8"d171 d -- 十进制 b -- 二进制 h -- 十六进制 不写位宽 -- verilog会自动进行匹配 总位宽大于实际位宽,自动补0,总位宽小于实际位宽,则自动截断左边超出的位数 d"7 8"d7 -- 8"b0000_0111 前面补5个0 2"d7 换算位二进制是 2"b11 (7换成二进制是111),总长度位2位,所以截掉左侧的部分 直接写参数 100 ,表示位宽为32bit的十进制数100 */ // 赋值方式 // 阻塞赋值 = // 阻塞赋值可以看作是顺序执行,每条语句执行完成之后才能执行下一条语句 a = 1; b = 2; c = 3; begin a = b; c = a; end a = 2; b = 2; c = 2; // 非阻塞赋值 <= 并行执行 a = 1; b = 2; c = 3; begin a <= b; // 同一时刻,这两条语句是同时执行的 c <= a; end a = 2; b = 2; c = 1; // always语句 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1"b0) cnt <= 8"b0; // 进行寄存器复位 else if (cnt == CNT_MAX) // 寄存器中的值记到最大的时候,维持最大值 cnt <= CNT_MAX; else cnt <= cnt + 8"d1; // 每个周期都加1 // assign语句 assign po_flag = (cnt == CNT_MAX) ? 1"b1 : 1"b0;endmoudle
2.4 算术运算符+-* -- 一般不用/ -- 一般不用% -- 求余数,两边都为整型数据
2.5 归约运算符\按位运算符& -- 既可以作为单目运算符又可以作为双目运算符// & 作为单目运算符,&m,将m的所有bit相与,得到结果是1bit4"b1111 = 1&1&1&1 = 1"b14"b1101 = 1&1&0&1 = 1"b0// & 作为双目运算符表示按位与,m&n,是将m的每个bit与n的每个bit相与,在运算的时候保证m和n的bit数相等,最后结果位数和m(n)的bit数相等4"b1010&4"b0101 = 4"b0000
&,^,^,|,~| -- 这些运算符都有相同的看法2.6 逻辑运算符&&/||/! -- 与或非三种逻辑运算,返回值为0或者是1逻辑运算符两边非0位真,0为假a = 4"hab = 4"d0c = a && b // c的值为0
2.7 关系运算符a < ba > ba <= ba >= b
2.8 移位运算符移位运算符是二元运算符,<<和>>,将运算符左边的数左移或者是右移指定的位数,用0来补充空闲位b <= a << 1; // a的每一位都左移一位,结果赋值给bb <= a >> 1; // a的没一位都右移一位,结果赋值给b
在应用移位运算符的时候一定要注意他的特性:就是空闲位使用0来补充,也就是说,一个二进制数不管原来的数值是多少,只要一直移位,最终都会变为04"b1000 >> 3; // 4"b00014"b1000 >> 4; // 4"b0000
移位运算符可以代替乘法和除法,左移一位可以看成是乘2,右移一位可以看成是除2,但是要注意位拓展2.9 拼接运算符{,} -- 位拼接运算符a = 8"b1011_1111;b = 3"b011;c = 5"b11011;{a,b,c} ; // 拼接成16bit
2.10 三元运算符[表达式1]?表达式2:表达式3a = 6;b = 7;c = (a>b)?a:b;
2.11 优先级一元运算符>二元运算符>三元运算符!= > 按位运算 > && > || > 条件运算归约运算符 > 算术运算符 > 移位运算符 > 关系运算符 > == 和 !=使用()提升优先级2.12 if-else语句if(表达式) // 这种写法在always语句块产生组合逻辑的时候中会产生latch,不推荐使用 语句块;if(表达式) 语句块1;else if(表达式2) 语句块2;....else 语句; // 这种是最常用的写法
2.12 case语句switch(表达式) case value1 : 语句1; case value2 : 语句2; .... default: 语句;
2.13 系统函数`timescale 1ns/1ns // 时间尺度预编译指令 时间单位/时间精度时间单位和时间精度有由1,10及100以及s,ms,ns,us,ps,fs组成时间单位:定义仿真过程中所有与时间相关量的单位仿真中使用#数字表示延迟相应的时间单位的时间,例如#10表示延时10个时间单位,即10ns时间精度:决定时间相关量的精度及仿真显示的最小单位`timescale 1ns/10ps // 精度0.01, #10.11 表示延迟10110ps`timescale 100ps/1ns // 错误,时间单位不能比时间精度小
// 主要的函数,在支持verilog语法的编译器中都会显示为高亮的关键字$display //打印信息,自动换行$write //打印信息$strobe //打印信息,自动换行,最后执行$monitor //检测变量$stop //暂停仿真$finish //结束仿真$time //时间函数$random //随机函数$readmemb //读取文件的函数
$display()$display(); // 输出,打印信息$display("%b+%b = %d",a,b,c);// %d %D -- 十进制// %o %O -- 八进制// %b %B -- 二进制// %d %D -- 十六进制// 不指定进制,默认为十进制数
`timescale 1ns/1nsmodule tb_test(); reg [3:0] a; reg [3:0] b; reg [3:0] c; // initial只在仿真中使用,是不可综合的 // 仿真开始,只执行一次 initial begin $display("Hello"); $display("EmbedFire"); a = 4"d5; b = 4"d6; c = a + b; #100; $display("%b + %b = %d",a,b,c); endendmoduleresult:HelloEmbedFire010 + 0110 = 11
$write()write() -- 输出打印信息 -- 函数不会自动进行换行`timescale 1ns/1nsmodule tb_test(); reg [3:0] a; reg [3:0] b; reg [3:0] c; // initial只在仿真中使用,是不可综合的 // 仿真开始,只执行一次 initial begin $write("Hello"); $write("EmbedFire"); a = 4"d5; b = 4"d6; c = a + b; #100; $write("%b + %b = %d",a,b,c); endendmodule
$strobe()输出打印函数 -- 在最后进行执行`timescale 1ns/1nsmodule tb_test(); reg [3:0] a; reg [3:0] b; reg [3:0] c; // initial只在仿真中使用,是不可综合的 // 仿真开始,只执行一次 initial begin $strobe("strobe:Hello"); // 写在最前面,但是执行在最后 a = 4"d5; $display("EmbedFire"); $display("display:%b + %b = %d",a,b,c); // 在执行这条语句的时候b,c都没有进行赋值 // 所以b,c未知的x b = 4"d6; c = a + b; #100; endendmodule
$monitor()检测变量,只要打印的变量发生了变化,就会执行一次`timescale 1ns/1nsmodule tb_test();reg [3:0] a;reg [3:0] b;reg [3:0] c;initial begina = 4"d5;#100;b = 4"d6;#100;c = a + b;endinitial begin$monitor("%b + %b = %d",a,b,c);endendmodule
$stop暂停执行仿真`timescale 1ns/1nsmodule tb_test(); initial begin $display("hello"); $display("EmbedFire"); #100; $display("Stop Simulation"); $stop; #100; $display("Finish Simulation"); $finish; // 结束仿真 endendmodule
$time`timescale 1ns/1nsmodule tb_test(); reg [3:0] a; always #10 a = $random; initial $monitor("a = %d @time %d",a,$time);endmodule
$readmemb 和 $readmemh$readmemb -- 用于读取二进制文件函数$readmemh -- 用于读取十六进制文件函数$readmemb("数据文件名",存储器名);$readmemh("数据文件名",存储器名);
`timescale 1ns/1nsmodule tb_test(); integer i; reg [7:0] a [20:0]; // a 为宽度为8bit,深度为21bit的存储器 initial begin $readmemb("EmbedFire.txt",a); for(i = 0;i<=20;i=i+1) begin #10; $write("%s",a[i]); // Welcome to EmbedFire! end endendmodule
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