Verilog HDL基础语法

基础语法

  • 标识符
    • 定义
    • 关键词
    • 书写规范
    • 格式
    • 注释
  • 数字值集合
    • 值集合
    • 常量
  • 数据类型
    • 线网类型
    • 寄存器类型
  • 运算符和表达式
    • 算术运算符
    • 关系运算符
    • 逻辑运算符
    • 按位逻辑运算符
    • 条件运算符

标识符

定义

  • 标识符(identifier)用于定义模块名、端口名、信号名等。

  • 标识符可以是:任意一组字母、数字、$符号和_(下划线)符号的组成,但是标识符的第一个字符必须是字母或下划线。

    Count
    COUNT
    R51213_1
    FIVE$
    

关键词

  • 定义了一系列保留字,叫做关键词。
  • 保留字都是小写的关键词。

书写规范

  • 尽量用有意义的有效名字,如 Sum、GPU_addr等。
  • 用下划线区分词。
  • 采用一些前缀或后缀,如 :Clk_50,Clk_CPU。
  • 统一一定的缩写,如全局复位信号 Rst。
  • 自定义的标识符不能与保留字同名。
  • 参数采用大写。

格式

  • Verilog HDL是区分大小写的,即大小写的标识符是不同的。

  • 书写比较自由,一行语句可以多行书写,也可以单行书写。

  • 白空(新行、制表符、空格)没有特殊意义。

    input A; input B
    input A;
    input B; // 这两种写法一样的。
    
  • 书写建议:

    • 一个语句一行;
    • 采用table键进行缩写;

注释

  • 两种注释方式
    • 多行注释:/* ... */
    • 单行注释://

数字值集合

值集合

  • Verilog HDL中规定四种基本的值类型:

    • 0:逻辑0或“假”
    • 1:逻辑1或“真”
    • X:未知值
    • Z:高阻
  • x值和z值都是不区分大小写的,也就是说0x1z0X1Z相同。

常量

  • Verilog HDL中有三种常量:整型、实型、字符串型。

  • 下划线 ( _ ) 可以随意用在整体或实数中,它就数量本身没有意义,却能用来提高易读性。

  • 注意有个限制:下划线符号不能作为首字符。

  • 整型

    • 两种方式书写

      • 简单的十进制数格式;
      • 基数格式;
    • 简单的十进制数格式

      32 	// 十进制数 32
      -15	// 十进制数-15
      
    • 基数表示法

      • [size] 'base value
      • size:定义位计常量的位长;
      • base:o或O(表示八进制);b或B(表示二进制);d或D(表示十进制);h或H(表示十六进制);
      • value:基于base的值的数字序列;
      • 注:值x和z,十六进制的a到f不区分大小写。
      5 'O37		// 5位八进制数(二进制111114 'D2		// 4位十进制数(二进制00114 'B1x_01	// 4位二进制数
      7 'Hx		// 7位x(扩展的x),即xxxxxxx
      4 'hZ		// 4位z(扩展的z),即zzzz
      
      • 基数格式计数形式的数通常为无符号数。这种形式的整型数的长度定义是可选的,如果没有定义一个整数型的长度,数的长度为相应值中定义的位数。
      'o 721		// 9位八进制数 111 010 001
      'h AF		// 8位十六进制数 1010 1111
      
      • 如果定义的长度比为常量指定的长度长,通常在左边填0补位。如果最左一位为x或z,就相应地用x或z在左边补位。
      10'b10		// 左边添0占位 00 0000 0010 
      10'bx0x1	// 左边添x占位 xx xxxx x0x1
      
      • 如果长度定义得更小,那么最左边的位相应地被截断。
      3'b1001 _ 0011 与 3'b011相等
      5'H0FFF 与 5'H1F相等
      
  • 字符串型

    • 字符串是双引号内的字符序列,字符串不能分成多行书写。
    • 如:
      • INTERNAL ERROR
      • REACHED -> HERE
    • 用8位ASCⅡ值表示的字符可看作是无符号整数。因此字符串是8位ASCⅡ值的序列,为存储字符串INTERNAL ERROR,变量需要8*14位。
    reg [1:8*14] Message;
    
    Message = "INTERNAL ERROR"
    

数据类型

  • 两种数据类型:线网类型(net type)和寄存器类型(reg type)。

线网类型

  • wire和tri
    • 线网类型用于对结构化器件之间的物理连线的建模。
    • 如器件的管脚,内部器件(与门)的输出等。
    • 线网类型代表的是物理连接线,因此不存储逻辑值,必须由器件所驱动。通常由assign进行赋值。
    • 当一个wire类型的信号没有被驱动时,缺省值为Z(高阻)。
    • 信号没有定义数据类型时,缺省为wire类型。
    • 两者的区别:tri主要用于定义三态的线网。

寄存器类型

  • 最常用的寄存器类型:reg,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。
  • 存储器类型的信号当在某种触发机制下分配了一个值,在分配下一个值之时保留原值。
  • reg类型的变量,不一定是存储单元,如在always语句中进行描述的必须用reg类型的变量。
  • reg类型定义语法:reg [msb: lsb] a, b, ... , n
    • msb和lsb定义了范围,并且均为常数值表达式。

    • 定义范围可选,没有定义范围,缺省值为1位寄存器。

      reg [3:0] sat;		// sat为4位寄存器
      reg Cnt;			// 1位寄存器
      reg [1:32] Kisp, Pisp, Lisp;
      
    • 寄存器类型的值可取负数,但若该变量用于表达式的运算中,则按无符号类型处理。

      reg A;
      A = -1;
      
    • A的二进制为 1111,在运算中,A总按无符号数15来看待。

    • 寄存器类型的存储单元建模

    • 用寄存器类型来构建两位的D触发器

      reg [1:0] Dout;
      ...
      always@(posedge Clk)
      	Dout <= Din;
      
    • 用寄存器数组类型来建立存储器的模型

      reg [7:0] Mem[0:1];		//28位的RAM建模
      Mem[0] = 'h55;
      Mem[1]='haa;		// 28位的RAM建模必须用两条赋值语句
      
  • 书写规范
    • 对数组类型,用按降序方式,如[7:0]。

运算符和表达式

算术运算符

  • 最常用的算术运算符主要是:

    • 加法(二元) :+
    • 减法(二元) :-
    • 乘法(二元) :*
  • 算术操作结果的位数长度

    • 算术表达式结果的长度由最长的操作数决定。

    • 在赋值语句下,算术操作结果的长度由操作符左端目标长度决定。

      reg [3:0] arc, bar, crt;
      reg [5:0] frx;
      ...
      arc = bar + crt;	// 加的结果长度由bar,crt和arc长度决定,长度为4位
      frx = bar + crt;	// 加的结果由frx的长度决定,长度为6// 第一个赋值,加法操作的溢出部分被丢弃;第二个赋值,任何溢出的位存储在结果位frx[4]
    • 在较大的表示中,所有中间结果应取最大操作数的长度。

      wire [4:1] box, drt;
      wire[5:1] cfg;
      wire [6:1] peg;
      wire [8:1] adt;
      ...
      assign adt = (box+cfg)+(drt+peg);
      

关系运算符

  • 关系运算符有:
    • ?> 大于
    • ?< 小于
    • ?>= 不小于
    • ?<= 不大于
    • == 逻辑相等
    • != 逻辑不等
  • 关系操作符的结果为真(1)或假(0)。如果操作符有一位为X或Z,那么结果为X。
    23>45			// 结果为0
    52 < 8'hxFF		// 结果为x
    
  • 如果操作数长度不同,长度较短的操作数在最重要的位方向(左方)添0补齐。
    // 以下两者等价,结果为假(0'b1000 >= 'b01110
    'b01000 >= 'b01110
    
  • 在逻辑相等与不等的比较中,只要一个操作数含有x或z,比较结果为未知x。
    data = 'b11x0;
    addr = 'b11x0;
    data == addr	//比较结果不定,也就是说值为x
    

逻辑运算符

  • 逻辑运算符有:
    • && 逻辑与
    • || 逻辑或
    • ! 逻辑非
    crd = 'b0;	//0为假
    dgs = 'b1;	//1为真
    crd && dgs 	//结果为0
    crd || dgs 	//结果为1
    !dgs		//结果为0
    
  • 逻辑与真值表
&&01x/z(不定)
000x
101x
x/z(不定)xxx
  • 逻辑或真值表
||01x/z(不定)
001x
1111
x/z(不定)x1x

按位逻辑运算符

  • 按位运算符有:
    • ?~ 一元非:相当于非门运算
    • ?& 二元与:相当于与门运算
    • ?| 二元或:相当于或门运算
    • ?^ 二元异或:相当于异或门运算
    • ?~^,^~ 二元异或非即同或 :相当于同或门运算
&与01xz
00000
101xx
x0xxx
z0xxx
|或01xz
001xx
11111
xx1xx
zx1xx
&异或01xz
00000
110xx
xxxxx
zxxxx
&异或非01xz
010xx
101xx
xxxxx
zxxxx
~非01xz
10xx
A = 'b0110;
B = 'b0100;
A|B		//结果为0110
A&B 	//结果为0100
'b0100 ^ 'b10000	//操作数长度不等,长度较小的操作数在最左侧添0补位,等同于如下
'b00110 ^ 'b10000	//结果为'b10110

条件运算符

  • 条件运算符根据条件表达式的值选择表达式,形式如下:cond_expr ? expr1 : expr2
    • cond_expr为真,选择expr1
    • cond_expr为假,选择expr2
    • cond_expr为x或z,按以下逻辑expr1expr2按位操作的值:0与0得0,1与1得1,其余情况为x;
wire [2:0] Student = Marks > 18 ? Grade_A : Grade_C;
// Marks>18,如果真,Grade_A赋值为Student;
// 如果Marks<=18,Grade_C赋值为Student;

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