Verilog语言介绍
学院姜小波电子信息学院
电子信息
Verilog的历史
什么是HDL
Why HDL
Why HDL
Verilog程序的基本结构
三种建模方式
测试验证
Verilog的历史
什么是HDL
Why HDL
Why HDL
Verilog程序的基本结构
三种建模方式
测试验证
Verilog HDL的历史
ISP (circa 1977) ‐research Simulation, no synthesis
◆project at CMU Simulation but
◆1983年，GDA（Gateway Design Automation）公司发布了verilog硬件描述语言，
即“verilog HDL”，或简称为“verilog”，以及verilog仿真器。
◆1985年，这门语言及仿真器得到加强改进；仿真器在新的译本中称为
年这门语言及仿真器得到加强改进仿真器在新的译本中称为“Verilog‐XL”。
◆1987年，Synopsys开始使用Verilog行为语言作为综合产品的输入。
◆1989年，Cadence公司收购了GDA公司。
年公司
◆1990年，Cadence公司成立了Open Verilog International（OVI）组织，以控制
Verilog HDL语言的所有权。几乎所有专有集成电路公司支持Verilog语言，并且将Verilog XL作为黄金仿真器。
‐
◆1993年，在提交到ASIC公司的所有设计中，有85%的设计使用了Verilog HDL。
◆1995年，IEEE制定了Verilog HDL的IEEE标准，即Verilog HDL1364‐1995。
到现在，Verilog与VHDL成为最广泛使用的、具有国际标准支持的硬件描
到现在Verilog与VHDL成为最广泛使用的具有国际标准支持的硬件描述语言，绝大多数的芯片生产厂家都支持这两种描述语言；在工业界由于Verilog HDL的一些优点，应用更加广泛。
quiz
为什么会从众多的硬件描述言中胜?verilog会从众多的硬件描述语言中胜出，成为一种最流行的硬件描述语言之一。
课程概述
Verilog的历史
什么是HDL
Why HDL
Why HDL
Verilog程序的基本结构
三种建模方式
测试验证
t1
什么HDL HDL 不是软件编程语音
幻灯片 7
t1 加入处理器 C语言实现示意
think, 2012-12-13
硬件描述语言是种编程语言用软件方法对硬件的?是一种编程语言，用软件方法对硬件的结构和功能进行进行描述的一种高级编程语言。?这种语言能够：
这种语言能够
–描述电路的结构
–描述电路的连接
–描述电路的功能
–在不同抽象级上描述电路
–描述电路的时序
–表达具有并行性
?HDL主要有两种：Verilog和VHDL
HDL的用途
设计结构及功能（行为）
HDL
设计规范
仿真综合
验证：设计是否符合要求？
生成: 实现映射规范
功能：I/O 行为
寄存器级
逻辑级
晶体管级
时序: 波形行为
什么是HDL
Verilog的用途
的用途
ASIC和FPGA工程师编写可综合的RTL代码
高抽象级系统仿真进行系统结构开发
测试工程师用于编写各种层次的测试程序
用于ASIC和FPGA单元或更高层次的模块的模型开发
什么是HDL
Verilog 类似语言的语法样简VHDL
VHDL与Verilog的比较
C 语言的语法一样简洁； 类似ADA 一样详细的语
法，大量的冗余；
内置类型和逻辑表述；设计是由只有一种实现 具有可扩展的类型和仿真引擎；
设计是由只有种实现方式的模块组成； 门级，数据流和行为模型综合子集体 每个实体可以有多种架构；
门级，数据流和行为模型综合子集体
型，可综合子集体； 学习和使用较容易，仿真速度快型，可综合子集体； 学习和使用较难，用于美国国防方面真速度快。美国国防方面。
什么是HDL
V il ●Verilog 优缺点
优点：
许多团队选择使用verilog ；
我们对C 语言更加熟悉；
简单的模块/端口语法适合层次化设计；
适合验证和综合。
●缺点：C 语法可能导致初学者假定为C 语义（易与C 语言混淆）容易造成非常丑陋的代码，良好和一致的编码风格是必要的。
quiz
?HDL语言与软件编程语言的区别？
言与软件编程言的区别
HDL
?语言主要的用途？
?比较了VHDL 和Verilog语言，你倾向于学习哪种语言？为什么？
课程概述
Verilog的历史
什么是HDL
Why HDL
Why HDL
Verilog程序的基本结构
三种建模方式
测试验证
使用Verilog进行数字设计
Why硬件描述语言
y硬件言
初始阶段，设计比较简单，只包含几个门电路，因此可以在纸上或是面包板上对电路进行检查验证。
Why硬件描述语言
y硬件言
当设计工作更大更复杂时，设计者开始采用硬件描述语言中的门级模型，在制造之前辅助电路验证工作。
y硬件言
Why硬件描述语言
设计者进行100万门级规模设计的时候，上面这种门级模型设计对于初始的功能描述和早期的高级设计探索来说较为低级。
计探索来说较为低级
Why
硬件描述语言设计师开始向语言寻求帮助
y 硬件言
HDL 语言寻求帮助：用HDL 语言描写的抽象行为模型，提供了精确的功能描述和架构设计。
VHDL实验报告
《创新实验》实验报告 —基于VHDL的编程和硬件实现
一、实验目的 1.熟悉和掌握硬件描述语言VHDL的基本语法及编写； 2.掌握软件Xilinx ISE 10.1的使用； 3.熟悉SDZ-6电子技术实验箱的使用； 4.了解节拍脉冲发生器等基本电路的实现； 5.了解八位二进制计数器的功能与设计； 6.学习键盘和七段数码管显示的控制和设计。 二、实验内容 1.Xilinx ISE 10.1软件的使用； 2.节拍脉冲发生器等基本电路的实现； 3.八位二进制计数器的实现 4.键盘扫描及显示的实现 三、实验器材 1、PC机 2、SDZ-6电子技术实验箱 3、正负5V电源 4、I/O接口线 四、软件的使用 在安装Xilinx10.1软件时，需要一个ID号，其实这个ID号是可以重复使用的，几个同学在官网注册后就可以共享ID号了。 安装完成之后就可以使用这个软件编写相应的VHDL的程序。 1.新建工程 File—>New Project 弹出下面的对话框 输入工程名后单击Next。然后根据本实验的实验箱进行以下设置。
以后的步骤一般都是单击Next（有些资料上会介绍有些这些步骤的具体功能，但对于本实验不必用到），最后单击Finish，完成新建一个工程。在窗口的左边会出现刚刚新建的工程，如下: 2.新建一个VHDL的源文件。 在上图中，右击工程选择New Source ，弹出如下对话框。
在对画框的左边选择VHDL Module，输入文件的名字（改名字最好是你定义的实体的名字）。单击Next。出现下面的对话框。 该对话框主要是对外部端口的编辑。可以直接跳过，即单击Next，在源文件上编辑端口。然后在接下来的对话框中单击Finish。完成建立一个源文件。窗口右边就会出现刚才编辑的源文件。 3.编写和编译代码 将事先编好的代码复制到源文件里，然后保存文件。 选中左边的文件名，在窗体的左边出现如下编辑文档内容。
可编程逻辑器件与硬件描述语言
组合逻辑电路实验（一）实验报告 一．实验名称：3-8译码器设计 二．实验目的 1.掌握ISE 开发工具的使用，掌握FPGA 开发的基本步骤； 2.掌握组合逻辑电路设计的一般方法； 3.掌握程序下载方法，了解UCF 文件的格式； 4.初步了解开发板资源，掌握开发板使用方法。重点了解滑动开关和LED 显示灯的使用方法。 三．实验内容 1.用VHDL 实现3-8译码器模块 译码器电路如图2-1所示。其功能如表2-1所示。试用VHDL 实现该译码器，并在开发板上进行检验。 表2-1 译码器功能表 EN A B C Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 3-8 译码器 A B C EN Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 图2-1 3-8译码器
0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2.将程序下载到FPGA并进行检验 （1）资源使用要求：用滑动开关SW3~SW1作为输入A，B，C；滑动开关SW0控制EN；8个LED灯表示8个输出。 （2）检验方法：当SW0处于ON（EN=1）位置时，所有LED灯灭；当SW0处于OFF（EN=0），反映当前输入的译码输出在LED灯上显示，即当输入为000（滑动开关SW3-SW1处于OFF状态），LED0亮，其它灯灭，等等。 四．实验步骤 1.启动ISE，新建工程文件，编写3-8译码器的VHDL模块； 2.新建UCF文件，输入位置约束； 3.完成综合、实现，生成下载文件； 4.连接开发板USB下载线，开启开发板电源； 5.下载到FPGA； 6.拨动开关，验证结果是否正确。 五．主要vhdl代码 architecture Behavioral of coder_38 is --3-8译码器行为级描述signal x:STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0); begin x <= A&B&C;
VerilogHDL经典程序非常适合新手
一、2线-4线译码器 module counter4(q1,q0,ncr,cp); input cp,ncr; output q1,q0; reg q1,q0; always@(posedge cp or negedge ncr) begin if(~ncr){q1,q0}<=2'b00; else{q1,q0}<={q1,q0}+1'b1; end endmodule 二、4选1数据选择器 module selector4_1(i0,i1,i2,i3,a1,a0,y); input i0,i1,i2,i3,a1,a0; output y; reg y; always@(a1or a0) begin case({a1,a0}) 2'b00:y=i0; 2'b01:y=i1; 2'b10:y=i2; 2'b11:y=i3; default:y=0; 一、2线-4线译码器 module counter4(q1,q0,ncr,cp); input cp,ncr; output q1,q0; reg q1,q0; always@(posedge cp or negedge ncr) begin if(~ncr){q1,q0}<=2'b00; else{q1,q0}<={q1,q0}+1'b1; end endmodule 二、4选1数据选择器 module selector4_1(i0,i1,i2,i3,a1,a0,y); input i0,i1,i2,i3,a1,a0; output y; reg y; always@(a1or a0) begin case({a1,a0}) 2'b00:y=i0;
verilog硬件描述语言 上机
《硬件描述语言》上机作业西电微电子 \
第一题：用Verilog语言的结构描述和行为描述分别设计下面的电路。 A[0] Array B[0] A[1] B[1] A[2] B[2] 结构描述： 电路设计： module hw1(A,B,Y); input[2:0] A,B; output Y; wire w1,w2,w3; xor U1(w1,A[0],B[0]); xor U2(w2,A[1],B[1]); xor U3(w3,A[2],B[2]); nor U4(Y,w1,w2,w3); endmodule 仿真测试： module test_hw1; reg[2:0] A,B; wire Y; hw1 U1(A,B,Y); initial begin A=3'b000;B=3'b000; #50 A=3'b000;B=3'b000; #50 A=3'b111;B=3'b111; #50 A=3'b000;B=3'b110;
#50 A=3'b111;B=3'b000; #50 A=3'b110;B=3'b110; #50 A=3'b011;B=3'b010; #50 A=3'b001;B=3'b011; #50 A=3'b111;B=3'b010; #50 $stop; end initial $monitor($time,"\tA=%d\tB=%d\tY=%d",A,B,Y); Endmodule 行为描述： 电路设计： module hw2(A,B,Y); input[2:0] A,B; output Y; wire Y; assign Y=~((A[0]^B[0])||(A[1]^B[1])||(A[2]^B[2])); endmodule 仿真测试：
硬件描述语言及器件实验指导书
硬件描述语言及器件实验指导书 电子科学与技术专业组
第1章实验一用硬件描述语言的方法设计一个三输入与门电 路 一、实验目的 1、掌握MAX+plusII的使用方法。 2、掌握VHDL语言程序的基本结构。 2、掌握使用硬件描述语言设计数字电路的方法和步骤。 3、掌握用硬件描述语言设计三输入与门电路的方法。 二、实验器材 1.台式计算机1台。 2.可编程逻辑逻辑器件实验软件1套。 3.下载电缆一套。 4.示波器一台。 三、实验说明 1．台式计算机用于向可编程逻辑逻辑器件实验软件提供编程、仿真、下载的平台，供用户使用。 2．可编程逻辑逻辑器件实验软件向原理图的设计提供平台，并将调试好的原理图下载到可编程逻辑逻辑器件中。 3．下载电缆是可编程逻辑器件软件和可编程逻辑逻辑器件之间的接口电缆，为了便于区别，用不同颜色导线区分下载电缆的电源、地和信号，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地。 4．示波器用于观察可编程逻辑器件执行程序时输出信号的变化。 四、实验内容与要求 用硬件描述语言的方法设计一个三输入与门电路，要求： （1）根据三输入与门的逻辑表达式，在构造体中直接使用并行赋值语句实现，并进行仿真;
（2）根据三输入与门的真值表，在构造体中使用进程语句实现，并进行仿真; 五、实验步骤（下面七个的实验的软件的使用具体步骤跟本次试验一样不再详述） 1.打开新建菜单选择“textedtiorfile”,这个文件是写程序编程用的。 2.程序写完后点“保存”，注意（1）保存的格式是.vhd，（2）保存的地址不能是桌面和硬盘的根目录,否则在后面的编程将出现错误。
3.在file→projectset→projecttocurrentfile，这步是将文件设置在工程里，能够正常编译和下载。
蔡觉平老师西电Verilog HDL上机大作业(硬件描述语言)_微电子学院
《Verilog HDL 数字集成电路设计原理与应用》上机作业 班级：******* 学号：******* 姓名：******* 题目1：数字集成电路的verilog HDL 描述与仿真。 要求：（1）学习使用Modelsim 设计和仿真软件； （2）练习教材7.2.1中的例子； （3）掌握设计代码和测试代码的编写； （4）掌握测试仿真流程； （5）掌握Modelsim 软件的波形验证方式。 解答： 题目2： 简述begin-end 语句块和fork-join 语句块的区别，并写出下面信号对应的程序代码 A B
解答： （1）begin-end语句块和fork-join语句块的区别： 1、执行顺序：begin-end语句块按照语句顺序执行，fork-join语句块所有语句均在同一时刻执行； 2、语句前面延迟时间的意义：begin-end语句块为相对于前一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为相对于并行语句块启动的时间； 3、起始时间：begin-end语句块为首句开始执行的时间，fork-join语句块为转入并行语句块的时间； 4、结束时间：begin-end语句块为最后一条语句执行结束的时间，fork-join语句块为执行时间最长的那条语句执行结束的时间； 5、行为描述的意义：begin-end语句块为电路中的数据在时钟及控制信号的作用下，沿数据通道中各级寄存器之间的传送过程。fork-join语句块为电路上电后，各电路模块同时开始工作的过程。 （2）程序代码： Begin-end语句： module initial_tb1； reg A,B; initial begin A=0;B=1; #10 A=1;B=0; #10 B=1; #10 A=0; #10 B=0; #10 A=1;B=1; end endmodule Frk-join语句： module wave_tb2; reg A,B; parameter T=10; initial fork A=0;B=1; #T A=1;B=0; #(2*T) B=1; #(3*T) A=0; #(4*T) B=0; #(5*T) A=1;B=1; join endmodule
课程名称FPGA与硬件描述语言
课程名称：FPGA与硬件描述语言 课程编码：7002301 课程学分：2学分 课程学时：32学时 适应专业：电子信息工程、电子信息工程（理工科实验班） 《FPGA与硬件描述语言》 FPGA and Hardware Describing Language 教学大纲 一、课程性质与任务 性质：本课程的授课对象为电子信息工程专业二年级本科生，课程属性为专业基础必修课，该课程讲授FPGA基本原理及结构，先进的硬件描述语言（VHDL语言），FPGA设计与应用等知识。 任务：通过对（VHDL）硬件描述语言，FPGA设计等知识的学习，掌握硬件描述语言，FPGA设计的基本知识。培养学生动手能力以及解决实际问题的能力。理解VHDL语言，学会FPGA设计方法等。 二、课程教学基本内容及要求 第一章绪论VHDL的数据和表达式 （一）教学基本要求： 掌握：VHDL程序的特点，VHDL的数据，VHDL的表达式。 了解：FPGA基本原理及结构。 （二）教学基本内容： 绪论：FPGA基本原理及结构 第一章VHDL的数据和表达式 1.1 VHDL程序的特点 1.2 VHDL程序的基本结构 1.3 VHDL的数据 1.4 VHDL的表达式 第二章VHDL的顺序描述语句 （一）教学基本要求： 掌握：信号赋值语句和变量赋值语句，if语句，case语句，null语句。 理解：loop语句。 （二）教学基本内容：
第二章VHDL的顺序描述语句 2.1信号赋值语句和变量赋值语句 2.2 if语句 2.3 case语句 2.4 loop语句 2.5 null语句 第三章VHDL的并行描述语句 （一）教学基本要求： 掌握：进程语句，并发信号赋值语句，元件例化语句。 理解：条件信号赋值语句，选择信号赋值语句。 了解：生成语句。 （二）教学基本内容： 第三章VHDL的并行描述语句 3.1进程语句 3.2并发信号赋值语句 3.3条件信号赋值语句 3.4选择信号赋值语句 3.5元件例化语句 3.6生成语句 第四章VHDL的时钟信号描述方法 （一）教学基本要求： 掌握：时钟的VHDL描述方法，时序电路中复位信号的VHDL描述方法。（二）教学基本内容： 第四章VHDL的时钟信号描述方法 4.1时钟信号的VHDL描述方法 4.2时序电路中复位信号的VHDL描述方法 第五章VHDL的有限状态机的设计 （一）教学基本要求： 掌握：有限状态机的基本概念及应用。 理解：一个Moore型有限状态机的设计实例 （二）教学基本内容： 第五章VHDL的有限状态机的设计 5.1 有限状态机的基本概念 5.2一个Moore型有限状态机的设计实例
Verilog语言基础知识
Verilog HDL语言基础知识 先来看两个Verilog HDL程序。 例一个8位全加器的Verilog HDL源代码 module adder8(cout,sum,ina,inb,cin); output[7:0] sum; output cout; input[7:0] ina,inb; input cin; @ assign {cout,sum}=ina+inb+cin; 模块的端口声明了模块的输人和输出口。其格式如下： module 模块名(口1，口2，口3，口4，……)； 2．模块内容 模块内容包括I/O说明，信号类型声明和功能定义。 (1) I/O说明的格式如下: ； 输人口: input端口名1，端口名2，……端口名N; 输出口: output端口名l，端口名2，……端口名N; I/O说明也可以写在端口声明语句里。其格式如下: module module_name(input portl，input port2，…output portl，output port2，…); (2)信号类型声明: 它是说明逻辑描述中所用信号的数据类型及函数声明。如 （ reg[7:0] out; 数字 (1)整数
在Verilog HDL中，整数型常量(即整常数)有以下4种进制表示形式: ◇二进制整数(b或B); ◇十进制整数(d或D); ◇十六进制整数(h或H); ◇八进制整数(o或O)。 ) 完整的数字表达式为: <位宽>'<进制> <数字>， 位宽为对应二迸制数的宽度，如: 8'b nets型变量wire nets型变量指输出始终根据输入的变化而更新其值的变量，它一般指的是硬件电路中的各种物理连接。Verilog HDL中提供了多种nets型变量，具体见表。 这里着重介绍wire型变量。wire是一种常用的nets型变量，wire型数据常用来表示assign语句赋值的组合逻辑信号。Verilog HDL模块中的输入/输出信号类型缺省时自动定义为wire型。Wire型信号可以用作任何方程式的输入，也可以用作assign语句和实例元件的输出,其取值为0,1,x,z。 wire型变量格式如下： & ⑴．定义宽度为1位的变量： wire 数据名1，数据名2，……数据名n； 例如：wire a,b; register型变量reg register型变量对应的是具有状态保持作用的电路元件，如触发器、寄存器等。register
数字电子技术实验报告_基于Quartus II的硬件描述语言电路设计
数字电子技术基础 实验报告 题目：实验四基于Quartus II的硬件描述语言电路 设计 小组成员： 小组成员：
一、实验四基于Quartus II的硬件描述语言电路设 计 一、实验目的 1)学习并掌握硬件描述语言VHDL；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语言 实现门电路的设计。 2)熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 3)熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 4)熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。 二、实验要求 要求1：参考“参考内容1”中给出的与门源程序，编写一个异或门逻辑电路。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板验证。 要求2：参考“参考内容2”中给出的将8421BCD码转换成0-9的七段码译码器源程序，编写一个将二进制码转换成0-E的七段码译码器。1）用QuartusII波形仿真验证；2）下载到DE0开发板，利用开发板上的数码管验证。 要求3：参考“参考内容3”中给出的四位二进制计数器的源程序，编写一个计数器实现0-E计数。用QuartusII波形仿真验证； 要求4：参考“参考内容4”中给出的50M分频器的源程序，编写一个能实现占空比50%的5M和50M分频器即两个输出，输出信号频率分别为10Hz和1Hz。下载到DE0开发板验证。（提示：利用DE0板上已有的50M晶振作为输入信号，通过开发板上两个的LED灯观察输出信号）。电路框图如下：
要求5：利用已经实现的VHDL模块文件，顶层文件采用原理图设计方法，实现0-E计数自动循环显示，频率1Hz和10Hz可以切换。（提示：如何将VHDL模块文件在顶层原理图文件中引用，参考参考内容5） 三、实验设备 （1）电脑一台； （2）数字电路实验箱； （3）数据线一根。 四、实验原理 1.VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。 2.VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。 3.VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。 4.VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。
硬件描述语言与FPGA技术实验指导书(2012版)
《硬件描述语言与FPGA技术》 实验指导书 西北工业大学 2012/10/10
目录 实验一简单的组合逻辑设计 (3) 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 (6) 实验三利用条件语句实现计数分频时序电路 (9) 实验四阻塞赋值与非阻塞赋值的区别 (12) 实验五用always块实现较复杂的组合逻辑电路 (16) 实验六在Verilog中使用函数 (20) 实验七在Verilog HDL中使用任务（task） (23) 实验八利用有限状态机进行时序逻辑的设计 (27) 实验九利用状态机实现比较复杂的接口设计 (32) 练习十利用SRAM设计一个FIFO (39)
实验一简单的组合逻辑设计 一、实验目的 1. 学习Quartus和ModSim两种EDA工具的使用方法； 2．掌握基本组合逻辑电路的实现方法； 3．初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法； 4．学习测试模块的编写； 5．通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。 二、实验内容 本次实验采用Verilog HDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。 三、实验仪器、设备 预装了开发工具ModelSimSE、synplify的PC机。 四、实验原理 1.组合逻辑电路是指在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合而与 电路以前状态无关，而与其他时间的状态无关。其逻辑函数如下： Li=f（A1，A2，A3……An） (i=1，2，3…m) 其中，A1~An为输入变量，Li为输出变量。 2.组合逻辑电路的特点归纳如下： ① 输入、输出之间没有返馈延迟通道； ② 电路中无记忆单元。 3.组合逻辑设计示例：可综合的数据比较器。它的功能是比较数据a与数据b，如果 两个数据相同，则给出结果1，否则给出结果0。描述组合逻辑时常使用assign 结构。注意equal=(a==b)?1:0，这是一种在组合逻辑实现分支判断时常使用的格 式。 模块源代码： //--------------- compare.v ----------------- module compare(equal,a,b);
verilog语言的综合与不可综合
Verilog的综合与不可综合 综合说明编的代码可以对应出具体的电路，不可综合说明没有对应的电路结构。不可综合的代码编译通过，只能看到输出，不能实现电路，就是不能用来制作具体的芯片。 一、基本 Verilog中的变量有线网类型和寄存器类型。线网型变量综合成wire，而寄存器可能综合成WIRE，锁存器和触发器。 二：verilog语句结构到门级的映射 1、连续性赋值：assign 连续性赋值语句逻辑结构上就是将等式右边的驱动左边的结点。因些连续性赋值的目标结点总是综合成由组合逻辑驱动的结点。Assign语句中的延时综合时都将忽视。 2、过程性赋值： 过程性赋值只出现在always语句中。 阻塞赋值和非阻塞赋值就该赋值本身是没有区别的，只是对后面的语句有不同的影响。 建议设计组合逻辑电路时用阻塞赋值，设计时序电路时用非阻塞赋值。 过程性赋值的赋值对象有可能综合成wire,latch,和flip-flop，取决于具体状况。如，时钟控制下的非阻塞赋值综合成flip-flop。 过程性赋值语句中的任何延时在综合时都将忽略。 建议同一个变量单一地使用阻塞或者非阻塞赋值。 3、逻辑操作符： 逻辑操作符对应于硬件中已有的逻辑门 4、算术操作符： Verilog中将reg视为无符号数，而integer视为有符号数。因此，进行有符号操作时使用integer,使用无符号操作时使用reg。 5、进位： 通常会将进行运算操作的结果比原操作数扩展一位，用来存放进位或者借位。如： Wire [3:0] A,B; Wire [4:0] C; Assign C=A+B; C的最高位用来存放进位。 6、关系运算符： 关系运算符：<,>,<=,>= 和算术操作符一样，可以进行有符号和无符号运算，取决于数据类型是reg，net还是integer。
关于硬件描述语言(VHDL和Verilog)概要
关于硬件描述语言【VHDL和Verilog】 随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。 究竟选择VHDL还是verilog HDL？ 这是一个初学者最常见的问题。其实两种语言的差别并不大，他们的描述能力也是类似的。掌握其中一种语言以后，可以通过短期的学习，较快的学会另一种语言。选择何种语言主要还是看人的使用习惯。如果您是集成电路(ASIC)设计人员，则必须首先掌握verilog，因为在IC设计领域，90％以上的公司都是采用verilog进行IC设计。对于PLD/FPGA设计者而言，两种语言可以自由选择。 学习HDL的几点重要提示 1.了解HDL的可综合性问题： HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现。如果程序只用于仿真，那么几乎所有的语法和编程方法都可以使用。但如果我们的程序是用于硬件实现（例如：用于FPGA设计），那么我们就必须保证程序“可综合”（即程序的功能可以用硬件电路实现）。不可综合的HDL语句在软件综合时将被忽略或者报错。应当牢记一点：“所有的HDL描述都可以用于仿真，但不是所有的HDL描述都能用硬件实现。” 2. 用硬件电路设计思想来编写HDL： 学好HDL的关键是充分理解HDL语句和硬件电路的关系。编写HDL，就是在描述一个电路，写完一段程序以后，应当对生成的电路有一些大体上的了解，而不能用纯软件的设计思路来编写硬件描述语言。要做到这一点，需要多实践，多思考，多总结。 3.语法掌握贵在精，不在多： 30%的基本HDL语句就可以完成95%以上的电路设计，很多生僻的语句并不能被所有的综合软件所支持，在程序移植或者更换软件平台时，容易产生兼容性问题，
Verilog语言的特点
一、第一章 1.几个英文缩写： PLA（Programmable Logic Array）可编程逻辑阵列 FPGA（Field Programmable Gate Array）现场可编程逻辑门阵列 CPLD（Complex Programmable Logic Device）复杂可编程逻辑器件 CAD(Computer Aided Design) 计算机辅助设计 CAE(computer aided engineering) EDA(electronic design automation) 电子设计自动化 2.EDA定义：以计算机为工作平台，以EDA软件为开发环境，以PLD器件或者ASIC专用 集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。 3.现代EDA技术的特征【简答】 （1）采用硬件描述语言（HDL）进行设计 HDL语言更适合于描述规模大、功能复杂的数字系统，使设计者在比较抽象的层次上对所设计系统的结构和逻辑功能进行描述。 （2）逻辑综合与优化 目前EDA工具最高只能接受行为级和RTL级描述的HDL文件进行逻辑综合 （3）开放性和标准化 普遍采用标准化和开放性的框架结构，可以与其他的EDA工具一起进行设计工作，实现各种工具的优化组合，集成在一个易于管理的统一环境下，实现资源共享提高工作效率，利于大规模设计。 （4）更完备的库（Library） 在电路设计的各个阶段，EDA系统需要不同层次、不同种类的元器件模型库的支持。EDA 工具要具有更强大的设计能力和更高的设计效率，必须配有丰富的库。各种模型库的功能和规模是衡量EDA工具优劣的一个标志 4.基于EDA技术的设计思路（P4~P5） (1)Top-down设计，即自顶向下的设计 将设计分成几个不同的层次：系统级、功能级、门级、开关级， 按照自上而下的顺序，在不同的层次上对系统进行设计和仿真。 首先从系统设计入手，在顶层进行功能框图的划分和机构设计。 在功能级进行仿真纠错，并用HDL对高层次的系统行为进行描 述，然后用综合工具将设计转化为具体门电路网表。 Top-down的设计须经过“设计—验证—修改设计—再验证”的 过程，不断反复，直到结果能够实现所要求的功能，并在速度、 功耗、价格和可靠性方面实现较为合理的平衡。 (2)Bottom-up设计，即自底向上的设计 设计者选择标准集成电路，或者将各种基本单元做成基本单元库，调用这些基本单元，直到设计出满足需要的系统。缺点：效率低、易出错 5.IP核的一些概念(intellectual property) IP核（IP模块）：指功能完整，性能指标可靠，已验证的、可重用的电路功能模块。分为硬核、固核、软核。 (1)软核：如ARM。是指在寄存器级或门级对电路功能用HDL描述，表现为用VHDL 等硬件描述语言描述的功能块，但是并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能。 (2)硬核：以版图形式实现的设计模块，基于一定的设计工艺。供设计的最终阶段产品： 掩膜。
VerilogHDL硬件描述语言复习
VerilogHDL硬件描述语言复习 一、 1. Verilog HDL 是在哪一年首次被I E E E标准化的？ 2. Verilog HDL支持哪三种基本描述方式？ 3. Verilog HDL 是由哪个公司最先开发的？ 4. Verilog HDL中的两类主要数据类型什么？ 5. U D P代表什么？ 6. 写出两个开关级基本门的名称。 7. 写出两个基本逻辑门的名称。 8. 在数据流描述方式中使用什么语句描述一个设计？ 9. 采用结构描述方式描述1位全加器。 10. i n i t i a l语句与always 语句的关键区别是什么？ 11. 采用数据流方式描述2 - 4译码器。 1 2. 找出下面连续赋值语句的错误。 assign Reset=#2 Sel^WriteBus; 二、 1. 下列标识符哪些合法，哪些非法？ C O u n T, 1_2 M a n y, \**1, R e a l?, \wait, Initial 2. 在Verilog HDL中是否有布尔类型？ 3. 如果线网类型变量说明后未赋值，其缺省值为多少？
4. Verilog HDL 允许没有显式说明的线网类型。如果是这样，怎样决定线网类型？ 5. 下面的说明错在哪里？ i n t e g e r [0:3] R i p p l e; 6. Verilog HDL有哪几大类数据类型？ 7.Verilog HDL有哪几种寄存器类型？ 三、 1. 假定长度为6 4个字的存储器, 每个字8位，编写Verilog 代码，按逆序交换存储器的内容。即 将第0个字与第6 3个字交换，第1个字与第6 2个字交换，依此类推。 2. 假定3 2位总线A d d re s s _ B u s, 编写一个表达式，计算从第11位到第2 0位的归约与非。 3. 假定一条总线C o n t ro l _ B u s [ 1 5 : 0 ]，编写赋值语句将总线分为两条总线：A b u s [ 0 : 9 ]和B b u s [ 6 : 1 ]。 4. 编写一个表达式，执行算术移位，将Qparity 中包含的8位有符号数算术移位。 5. 使用条件操作符, 编写赋值语句选择N e x t S t a t e 的值。如果C u rre n t S t a t e的值为R E S E T, 那么N e x t S t a t e的值为G O；如果C u rre n t S t a t e的值为G O，则N e x t S t a t e 的值为B U S Y；如果 C u rre n t S t a t e的值为B U S Y；则N e x t S t a t e的值为R E S E T。 6. 如何从标量变量A，B，C和D中产生总线B u s
VHDL语言的主要描述语句
VHDL语言的主要描述语句 按照语句的执行顺序对VHDL语言进行分类，包含两类语句： 并行描述语句该语句的执行与书写顺序无关，总是同时被执行 顺序描述语句从仿真的角度，该语句是顺序执行的 进程语句（PROCESS）是最典型的并行语句，一个构造体内可以有几个进程语句同时存在，而且并发执行。但是进程内部的所有语句都是顺序语句。 一、顺序描述语句 顺序描述语句只能用在进程和子程序中,它和其他高级语言一样,其语句是按照语句的出现的顺序加以执行的。如下分别介绍有关的顺序描述语句. 1.WAIT语句 进程在执行过程中总是处于两种状态:执行或挂起,进程的状态变化受等待语句的控制,当进程执行到等待语句,就被挂起,并等待再次执行进程. 等待语句的格式: ＊WAIT 无限等待 ＊WAIT ON 敏感信号变化 ＊WAIT UNTIL 条件满足 ＊WAIT FOR 时间到 （1）WAIT ON 格式：WAIT ON 信号[,信号] 例5-1 PROCESS(a,b) BEGIN y<=a AND b;
END PROCESS; 该例中的进程与下例中进程相同: 例5-1 PROCESS BEGIN y<=a AND b; WAIT ON a,b; END PROCESS; 例5-2 PROCESS(a,b) BEGIN y<=a AND b; WAIT ON a,b; END PROCESS; （2）WAIT UNTIL 直到条件满足 格式: WAIT UNTIL 布尔表达式 当进程执行到该语句时,被挂起;若布尔表达式为真时,进程将被启动.例: WAIT UNTIL ((x*10)<100) （3）WAIT FOR等到时间到 格式: WAIT FOR 时间表达式 当进程执行到该语句时,被挂起;等待一定的时间后,进程将被启动.例: WAIT FOR 20 ns； WAIT FOR （a*（b+c）；
Verilog语言基础教程
Verilog HDL Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象 设计层次的数字系统建模。被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间。数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显式地进行时序建模。 Verilog HDL 语言具有下述描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。所有这些都使用同一种建模语言。此外，Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。 Verilog HDL语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。因此，用这种语言编写的模型能够使用Verilog仿真器进行验证。语言从C编程语言中继承了多种操作符和结构。Verilog HDL提供了扩展的建模能力，其中许多扩展最初很难理解。但是，Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，这对大多数建模应用来说已经足够。当然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。 =============================== 中文版Verilog HDL简明教程：第1章简介 Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的数字系统建模。被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间。数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显式地进行时序建模。 Verilog HDL 语言具有下述描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。所有这些都使用同一种建模语言。此外，Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。 Verilog HDL语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。因此，用这种语言编写的模型能够使用Verilog仿真器进行验证。语言从C编程语言中继承了多种操作符和结构。Verilog HDL提供了扩展的建模能力，其中许多扩展最初很难理解。但是，Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，这对大多数建模应用来说已经足够。当然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。 历史 Verilog HDL语言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司为其模
硬件描述语言HDL的现状与发展
硬件描述语言HDL的现状与发展 摘要：从数字系统设计的性质出发，结合目前迅速发展的芯片系统，比较、研究各种硬件描述语言；详细阐述各种语言的发展历史、体系结构和设计方法；探讨未来硬件描述语言的发展趋势，同时针对国内EDA基础薄弱的现状，在硬件描述语言方面作了一些有益的思考。 关键词：ASIC 硬件描述语言HDL Verilog HDL VHDL SystemC Superlog 芯片系统SoC 引言 硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。 目前，这种高层次(high-level-design)的方法已被广泛采用。据统计，目前在美国硅谷约有90%以上的ASIC和FPGA采用硬件描述语言进行设计。 硬件描述语言HDL的发展至今已有20多年的历史，并成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。到20世纪80年代，已出现了上百种硬件描述语言，对设计自动化曾起到了极大的促进和推动作用。但是，这些语言一般各自面向特定的设计领域和层次，而且众多的语言使用户无所适从。因此，急需一种面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言。20世纪80年代后期，VHDL和Verilog HDL语言适应了这种趋势的要求，先后成为IEEE 标准。 现在，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越倾向于与系统设计和软件设计结合。硬件描述语言为适应新的情况，迅速发展，出现了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、Cynlib C++等等。究竟选择哪种语言进行设计，整个业界正在进行激烈的讨论。因此，完全有必要在这方面作一些比较研究，为EDA设计做一些有意义的工作，也为发展我们未来的芯片设计技术打好基础。 1 目前HDL发展状况 目前，硬件描述语言可谓是百花齐放，有VHDL、Superlog、Verilog、SystemC、Cynlib C++、C Level等等。虽然各种语言各有所长，但业界对到底使用哪一种语言进行设计，却莫衷一是，难有定论。 而比较一致的意见是，HDL和C/C++语言在设计流程中实现级和系统级都具有各自的用武之地。问题出现在系统级和实现级相连接的地方：什么时候将使用中的一种语言停下来，而开始使用另外一种语言？或者干脆就直接使用一种语言？现在看来得出结论仍为时过早。 在2001年举行的国际HDL会议上，与会者就使用何种设计语言展开了生动、激烈的辩论。最后，与会者投票表决：如果要启动一个芯片设计项目，他们愿意选择哪种方案?结果，仅有2
VHDL硬件描述语言实验报告
硬件描述语言实验附录 姓名：xxx 学号：xxx 指导教师：xxx 目录 硬件描述语言实验附录 (1) 实验1.三输入与门电路实验 (2) 实验2. 三—八译码器实验 (3) 实验3. D触发器实验 (4) 实验4. 分频器实验 (5) 实验5. 状态机实验 (8)
实验1.三输入与门电路实验 --三输入与门电路threeinput --姓名：王定 --学号：1306034248 --中北大学 LIBRARY IEEE; --调用库 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库文件 -------------------------------------------------------------- ENTITY threeinput IS --定义实体名，其名称必须与VHDL文本文件名称相同PORT( A: IN STD_LOGIC; --输入端口，时钟输入 B: IN STD_LOGIC; --输入端口，个位写入使能 C: IN STD_LOGIC; --输入端口，十位写入使能 CO: OUT STD_LOGIC); --输出端口，溢出标志 END ENTITY threeinput; --结束端口定义 -------------------------------------------------------------- ARCHITECTURE RTL OF threeinput IS--定义结构体 BEGIN PROCESS(A,B,C) IS --开始，必须带上 BEGIN CO<=A AND B AND C ; END PROCESS; END ARCHITECTURE RTL; --结束结构体 表1. 三输入与门电路VHDL实验代码 图1. 三输入与门电路仿真波形图，A,B,C输入，CO输出
硬件描述语言实验报告
《硬件描述语言》实验报告 学院： 学号： 姓名： 专业： 实验时间： 实验地点： 指导教师： 年月
实验一简单组合逻辑设计 一、实验目的及要求： 1.掌握基本组合逻辑电路的实现方法。 2.初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法。 3.学习测试模块的编写。 4.通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。 二、实验设备及要求 装有modesim和synplify的电脑一台 三、实验内容与步骤 1.实验内容： 本次实验采用Verilog HDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。 2.实验步骤： （1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块对源文件进行比较全面的测试； （2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并进行仿真；（3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点。 （4）综合时采用不同的FPGA器件，观察综合后的结果有什么不同。 四、实验结果与数据处理： 1.RTL图及仿真后波形图：
2.综合后的电路图： 五、分析与讨论： 1.课本练习一的测试方法二中，第二个initial块有什么用？它与第一个initial块有什么关系？ 答：测试方法二中的第二个initial用来暂停仿真以便观察仿真波形，它与第一个initial是并行关系 2.如果在第二个initial块中，没有写出#10000或者$stop，仿真会如何进行？答：如果没有写#10000，仿真会直接停止，没有$stop，仿真不会结束。
3.比较两种测试方法，哪一种更全面？ 答：第二种测试方法更全面，测试了更多种的变换的情况。 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 一、实验目的及要求： 1.掌握条件语句在简单时序模块设计中的使用； 2.掌握verilog语句在简单时序模块设计中的使用； 3.学习在Verilog模块中应用计数器； 4.学习测试模块的编写、综合和不同层次的仿真。 二、实验设备及要求 装有modesim和synplify的电脑一台 三、实验内容与步骤： 1.实验内容： （1）使用always块和@(posedge clk)或@（negedge clk）的结构来表述时序逻辑，设计1/2分频的可综合模型。得到如下波形图： （2）对模块进行RTL级仿真、综合后门级仿真，布局布线仿真； 2.实验步骤： （1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块能对源文件进行比较全面的测试。 （2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并综合仿真。得到波形图。 （3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点。