第四章VerilogHDL设计初步.
第04讲 Verilog-HDL语法——第2部分 语法要点
` timescale
`timescale 说明延时单位及延时精度
格式：`timescale <time_unit> / <time_precision> 如：`timescale 1 ns / 100 ps
`timescale必须在模块之前出现 `timescale 1 ns / 100 ps // All time units are in multiples of 1 nanosecond module MUX2_1 (out, a, b, sel); output out; input a, b, sel; wire sel_;
12 'H83a 8'b1100_ 0001 64'hff01 9'O17 32'bz01x 3’b1010_ 1101 6.3 32e- 4 4.1E3 unsized decimal (zero-extended to 32 bits) unsized hexadecimal (zero- extended to 32 bits) 8-bit binary 64-bit hexadecimal (zero- extended to 64 bits) 9-bit octal Z-extended to 32 bits 3-bit number, truncated to 3’b101 decimal notation scientific notation for 0.0032 scientific notation for 4100
hex
oct
dec
bin
ACSII
string
time
strength module
转义符
\t \n \\ \” %% \<1-3 digit octal number>
Verilog HDL
Verilog HDL基本程序结构用Verilog HDL描述的电路设计就是该电路的Verilog HDL模型，也称为模块，是Verilog 的基本描述单位。
模块描述某个设计的功能或结构以及与其他模块通信的外部接口，一般来说一个文件就是一个模块，但并不绝对如此。
模块是并行运行的，通常需要一个高层模块通过调用其他模块的实例来定义一个封闭的系统，包括测试数据和硬件描述。
一个模块的基本架构如下：module module_name (port_list)//声明各种变量、信号reg //寄存器wire//线网parameter//参数input//输入信号output/输出信号inout//输入输出信号function//函数task//任务……//程序代码initial assignmentalways assignmentmodule assignmentgate assignmentUDP assignmentcontinous assignmentendmodule说明部分用于定义不同的项，例如模块描述中使用的寄存器和参数。
语句用于定义设计的功能和结构。
说明部分可以分散于模块的任何地方，但是变量、寄存器、线网和参数等的说明必须在使用前出现。
一般的模块结构如下：module <模块名> (<端口列表>)<定义><模块条目>endmodule其中，<定义>用来指定数据对象为寄存器型、存储器型、线型以及过程块。
<模块条目>可以是initial结构、always结构、连续赋值或模块实例。
下面给出一个简单的Verilog模块，实现了一个二选一选择器。
例2-1 二选一选择器（见图2-1）的Verilog实现图2-1 例2-1所示的二选一电路module muxtwo(out, a, b, s1);input a, b, s1;output out;reg out;always @ (s1 or a or b)if (!s1) out = a;else out = b;endmodule模块的名字是muxtwo，模块有４个端口：三个输入端口a、b和s1，一个输出端口out。
Verilog_HDL复杂数字系统设计-2_[1]...
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南通大学电子信息学院
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1.3复杂数字系统的设计方法
1.3.1 复杂数字逻辑系统
• 嵌入式微处理机系统
• 数字信号处理系统 • 高速并行计算逻辑
• 高速通信协议电路
• 高速编码/解码、加密/解密电路 • 复杂的多功能智能接口
• 门逻辑总数超过几万门达到几百甚至达几千万门的数
字系统
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1990 Verilog HDL 公开发表
1995 Verilog IEEE1364 标准公开发表
1990有关Verilog HDL的 全部权利都移交给OVI(Open Verilog International)组织
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1.2.3 Verilog HDL的优点
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例2-2b 4选1多路选择器
module mux4_to_1 (out, i0, i1, i2, i3, s1, s0); output out; input i0, i1, i2, i3; input s1, s0; wire s1n, s0n; wire y0, y1, y2, y3; not not0(s1n, s1); not not1(s0n, s0); and and0(y0, i0, s1n, s0n); and and1(y1, i1, s1n, s0); and and2(y2, i2, s1, s0n); and and3(y3, i3, s1, s0); or or0(out, y0, y1, y2, y3); endmodule
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VerilogHDL语言（PDF）
Verilog 讲义（二）1）续Verilog 基础2）Verilog 形为描述3.4 运算符九类运算符分类包含运算符算术运算符+ - * / %位运算符~ & | ^ ^~or~^缩位运算符& ~& | ~| ^ ^~or~^逻辑运算符! && ||关系运算符> < <= >=相等与全等运算符== != === !==逻辑移位运算符 <<>> 连接运算符 {}: 条件运算符 ?根据操作数的不同，又可分为三类：1）单目运算符只有一个操作数，且运算符位于操作数的左边如：~clk &a ~& 缩位运算符wire [7:0] aparity=^a (奇校验)2）双目运算符a+b a%b {a,b,c}3）三目运算符out=(sel)?a:b;运算符的优先级参：P443.4.1 算术运算符1）减法亦可用作单目运算符，取补运算2）除法运算符：整型类数据小数部分被截去： integer a=7/2=33）% 取余运算 7%2=13.4.2 位运算符1）~a 按位取反2）a&b 按位相与若a,b 位数不同，短的高位补0，（x者补x）3）^ ^~ 双目3.4.3 缩位运算符单目运算符，按位进行逻辑运算，结果产生一位的逻辑值。
A=4’b1001&a ~&a |a ~|a ^a ~^a0 1 1 0 1 0 3.4.3 逻辑运算符a&&b结果为一位的逻辑值若操作数为多位，只要有一位为1，整个操作数看作逻辑1；若有不定态，结果亦为不定态。
3.4.5关系运算符结果为一位的逻辑值。
3.4.6 相等与全等运算符结果为一位逻辑值相等：比较每一位，所有相等，关系满足，若有不定态或高阻态，不定态结果。
全等：与相等比较过程相同，亦将不定态及高阻态作为逻辑状态比较。
3.4.7 逻辑移位运算符<< >> 以0补位。
CPLDFPGA 与ASIC原理与设计
绪论
现在，由于FPGA技术的快速发展， FPGA产品在逻辑密度、性能和功能上有 了极大的提高，同时器件成本也大幅下降， 可编程逻辑技术已经能与ASIC（专用集成 电路）和ASSP（专用标准产品）争夺市场， 并逐渐呈现出取代ASIC和ASSP的趋势。
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绪论
1.3 EDA技术的基本设计方法
1 .数字电路设计的基本方法
绪论
2. EWB仿真软件
EWB(Electronic Workbench)软件是Interactive ImageTechnologies Ltd 在20世纪90年代初推出的电路仿 真软件。目前普遍使用的是EWB5.2，相对于其它EDA 软件，它是较小巧的软件（只有16M）。但它对模数电 路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真出真 实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、 信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、 逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直 观，易学易用。它的很多功能模仿了SPICE的设计，但 分析功能比PSPICE稍少一些。
系统分解 单元设计 功能模块划分 子系统设计 返回 系统集成
Top-down 行为设计 结构设计 逻辑设计 电路设计 版图设计
绪论
3． CPLD/FPGA设计流程
只要有数字电路的基础，还是能较容易 和快速地学会利用CPLD/FPGA设计数字系 统的。数字系统的基本部件比较简单,它们是 一些与门、或门、非门、触发器、多路选择 器等，宏器件也是一些加法器、乘法器等。
专家认为，IC发展的大趋势是高速、高集成度和低功耗的系统。
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绪论
集成片上系统的优点：
实现高速运作、缩短产品的上市时间、 降低功耗和减少所占的PCB空间、提高系统 的可靠性、它可使电子系统的尺寸更小、性 能更高和成本更低，同时整个系统的抗干扰 特性与可靠度将提高。
VerilogHDL语言基础学习教案课件
o双目运算符(binaryoperator)：带两个操作数。 三目运算符(ternaryoperator)：带三个操作数。
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格式： assign 连线型变量名=赋值表达式； 持续赋值语句是并发执行的，每条持续赋值语句对应着独 立的逻辑电路，它们的执行顺序与其在描述中的顺序无关。
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4．3．模块的行为描述方式
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wire型数据
用 来 表 示用 assign 语 句 赋 值 的 组 合 逻辑 信 号 。 Verilog HDL模块输入输出端口信号类型说明缺省时，自动定义为wire 型。
wire型变量可以用作任何表达时的输入，也可用作assign 语句、元件调用语句和模块调用语句的输出。
4.1 什么是Verilog HDL？
Verilog HDL 是 目 前 应 用 最 为 广 泛 的 硬 件 描 述 语 言 。 Verilog HDL可以用来进行各种层次的逻辑设计，也可以进行 数字系统的逻辑综合，仿真验证和时序分析等。
Verilog HDL适合算法级，寄存器级，逻辑级，开关级、 系统级和版图级等各个层次的设计和描述。
通过一个例子认识Verilog HDL的3种建模方式，图中电路 实现的功能是，当sel=0时，out＝a；当sel＝1时，out=b。
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Verilog硬件描述语言与设计
精彩摘录
“Verilog是一种硬件描述语言，它允许设计师使用简洁的文本描述来描述 复杂的数字系统。这种语言被广泛用于电子设计自动化（EDA）工具链中，用于 描述和模拟数字电路设计。”
“在Verilog中，我们可以使用模块（module）来定义一个电路功能。模块 是Verilog中最基本的结构单元，它包含一组输入、输出和内部信号，以及描述 模块行为的Verilog代码。”
《Verilog硬件描述语言与设计》这本书的精彩摘录可以帮助读者更好地了 解Verilog语言和数字电路设计的基础知识。
阅读感受
《Verilog硬件描述语言与设计》读后感
在当今的电子设计自动化（EDA）领域，Verilog硬件描述语言与设计的重要 性不言而喻。这本书的，无疑为广大的电子设计工程师提供了一个全面的、权威 的学习资源。我怀着对Verilog的热爱和对电子设计的追求，认真地阅读了这本 书，以下是我对这本书的一些感想和思考。
作者简介
这是《Verilog硬件描述语言与设计》的读书笔记，暂无该书作者的介绍。
谢谢观看
《Verilog硬件描述语言与设计》这本书是一本非常值得一读的书。它不仅 让我深入理解了Verilog语言的基础知识和设计方法，更重要的是，它让我学会 了如何用Verilog进行高效的电子系统设计和建模。我相信，这本书对于所有对 电子设计感兴趣的读者来说，都会是一本非常有价值的参考书。
目录分析
《Verilog硬件描述语言与设计》是一本全面介绍Verilog HDL（硬件描述 语言）及其相关设计和验证技术的书籍。以下是该书的目录分析，旨在帮助读者 更好地了解其结构和内容。
Verilog硬件描述语言与设计
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
Verilog HDL简明教程中文版
中文版Verilog HDL简明教程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PLI，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。
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。
Verilog HDL入门
线网型：wire，tri
wor，trior，wand，triand，trireg，tri1，tri0 supply0，supply1
寄存器型：
reg integer，time real，realtime
wire和tri
用于连接单元的连线是最常见的线网类型。 默认值为z。 wire与tri语法和语义一致； 三态线可以用于描述多个驱动源驱动同一根线 的线网类型；并且没有其他特殊的意义。 通常都用wire。 其他线网型用于底层设计与仿真，FPGA设计通 常不会涉及。
简单的Verilog程序
该程序例子通过另一种方法描述了一个三态 门。 在这个例子中存在着两个模块：模块trist1 在这个例子中存在着两个模块：模块trist1 tri_inst。 调用模块 mytri 的实例元件 tri_inst。 是上层模块。 模块 trist1 是上层模块。模块 mytri 则被 称为子模块。 称为子模块。 通过这种结构性模块构造可构成特大型模块 。
例：always @(b or c) always a=b&c;
元件（实）例化
例：and and1(a,b,c); BUFG BUFG_inst ( .O(out), // Clock buffer output .I(in) // Clock buffer input );
注意
三种方式可以在同一个模块之内混合使用 ； 同一个模块内可以有多个always块，多个 assign和多个元件例化。 所有这些单元是并行执行的。 这些单元的书写顺序不影响逻辑功能；
128状态值集合：包含强度信息
其他值集合
整数（32bits） 实数 字符串 时间（64bits） 布尔值（0，1） ……
提纲
Verilog HDL入门教程
共41页资源类别： HDL 语言内部公开1.0密级版本文档编号文档中心Verilog HDL 入门教程(仅供内部使用)yyyy/mm/dd日期：批准：日期：中研基础批准：2004.8.3日期：中研基础拟制：版权所有 不得复制修订记录初稿完成1.002004.8.3作者描述修订版本日期绝密请输入文档编号Verilog HDL 入门教程2004-08-16第2页，共41页版权所有，侵权必究目 录285 结构建模..............................................................274.8 case 语句. (25)4.7 条件语句 (25)4.6.6 连接运算符 (25)4.6.5 条件运算符 (24)4.6.4 按位逻辑运算符 (23)4.6.3 逻辑运算符 (22)4.6.2 关系运算符 (21)4.6.1 算术运算符 (21)4.6 运算符和表达式 (20)4.5.2 寄存器类型 (20)4.5.1 线网类型 (20)4.5 数据类型 (18)4.4.2 常量 (18)4.4.1 值集合 (18)4.4 数字值集合 (18)4.3 格式 (17)4.2 注释 (17)4.1.3 书写规范建议 (17)4.1.2 关键词 (17)4.1.1 定义 (17)4.1 标识符 (17)4 Verilog HDL 基本语法....................................................163.3.4 混合设计描述.. (15)3.3.3 行为描述方式 (14)3.3.2 数据流描述方式 (12)3.3.1 结构化描述方式 (12)3.3 三种建模方式 (11)3.2 时延 (11)3.1.3 模块语法 (10)3.1.2 模块的结构 (9)3.1.1 简单事例 (9)3.1 模块 (9)3 Verilog HDL 建模概述.....................................................72.4.2 能力. (7)2.4.1 历史 (7)2.4 Verilog HDL 简介 (6)2.3 设计方法学 (6)2.2 硬件描述语言 (5)2.1 数字电路设计方法 (5)2 HDL 设计方法学简介......................................................51 前言...................................................................绝密请输入文档编号Verilog HDL 入门教程2004-08-16第3页，共41页版权所有，侵权必究4010 附录A Verilog 保留字...................................................399 习题..................................................................398 其他方面..............................................................377.4 行为建模具体实例...................................................367.3 过程赋值语句......................................................357.2 顺序语句块........................................................357.1 简介.............................................................357 行为建模..............................................................346.3 数据流建模具体实例.................................................346.2 阻塞赋值语句......................................................346.1 连续赋值语句......................................................346 数据流建模............................................................315.4 结构化建模具体实例.................................................295.3 实例化语句........................................................285.2 模块端口..........................................................285.1 模块定义结构......................................................绝密请输入文档编号Verilog HDL 入门教程2004-08-16第4页，共41页版权所有，侵权必究Verilog HDL 入门教程关键词：摘 要：本文主要介绍了Verilog HDL 语言的一些基本知识，目的是使初学者能够迅速掌握HDL设计方法，初步了解并掌握Verilog HDL 语言的基本要素，能够读懂简单的设计代码并能够进行一些简单设计的Verilog HDL 建模。
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4.2.5 含异步清0的锁存器及其Verilog描述
4.2.6 Verilog的时钟过程描述注意点
4.2.6 Verilog的时钟过程描述注意点
4.2.7 异步时序电路
4.2.7 异步时序电路
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
4-8 给出一个4选1多路选择器的Verilog描述。此器件与图4-1类似，但选通控制 端有4个输入：S0、S1、S2、S3。当且仅当S0=0时：Y=A；S1=0时：Y=B； S2=0时：Y=C；S3=0时：Y=D。
习
题
4-9 把例4-21改成一异步清0，同步时钟使能和异步数据加载型8位二进 制加法计数器。图4-27 含2选1多路选择器的模块
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
2. 全加器顶层文件设计
2. 全加器顶层文件设计
Verilog中元件例化语句的结构比较简单，一般格式如下：
2．过程赋值语句 （1）阻塞式赋值。 （2）非阻塞式赋值。 3．数据表示方式 “=”
4.1.4 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述4
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
1. 半加器描述
4.1.5 简单加法器及其Verilog HDL描述
4.2.3 含异步清0和时钟使能结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.3 含异步清0和时钟使能结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.4 含同步清0结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.4 含同步清0结构的D触发器及其Verilog描述
4.2.5 含异步清0的锁存器及其Verilog描述
4-3 阻塞赋值和非阻塞赋值有何区别？
4-4 举例说明，为什么使用条件叙述不完整的条件句能导致产生时序模块的综合 结果？
ห้องสมุดไป่ตู้
4-5 用Verilog设计一个3-8译码器，要求分别用case语句和if_else语句。比较这 两种方式。
4-6 图4-27所示的是双2选1多路 选择器构成的电路MUXK。对于其 中MUX21A，当s=0和s=1时， 分别有y=a和y=b。试在一个模块 结构中用两个过程来表达此电路。
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 1．按位逻辑操作符
A=1’b0; B=1’b1; C[3:0]=4’b1100; D[3:0]=4’b1011; E[5:0]=6’b010110;
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 2．等式操作符 A=4’b1011; B=4’b0010; C=4’b0z10; D=4’b0z10;
5．注释符号
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3
4.1.3 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述3 1．if_else条件语句
if (S) Y = A; else Y = B;
if (S) Y=A; else begin Y=B; Z=C; Q=1b0; end
4-10 分频方法有多种，最简单的是二分频和偶数分频甚至奇数分频，这 用触发器或指定计数模的计数器即可办到。但对于现场实现指定分频比 或小数分频率的分频电路的设计就不是很简单了。 试对习题4-9的设计稍作修改，将其进位输出COUT与异步加载控制 LOAD连在一起，构成一个自动加载型16位二进制数计数器，也即一个 16位可控的分频器，给出其Verilog表述，并说明工作原理。设输入频率 fi=4MHz，输出频率fo=516.5±1Hz（允许误差±0.1Hz）， 16位加载数值=？。
Verilog HDL 设计初步
组合电路
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.1 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述1
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2
4.3.1 4位二进制加法计数器及其Verilog描述
4.3.2 功能更全面的计数器设计
4.3.2 功能更全面的计数器设计
4.3.2 功能更全面的计数器设计
习
题
4-1 举例说明，Verilog HDL的操作符中，哪些操作符的运算结果总是一位的。 4-2 wire型变量与reg型变量有什么本质区别，它们可用于什么类型语句中？
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 3．assign连续赋值语句 assign 目标变量名 = 驱动表达式; assign DOUT = a & b; assign DOUT = a & b | c ; assign DOUT = e & f | d ;
4.1.2 4选1多路选择器及其Verilog HDL描述2 4．wire定义网线型变量 wire 变量名1，变量名2，. . . ; wire [msb:lsb] 变量名1，变量名2，. . . ; wire [7:0] a ； wire Y = tmp1 ^ tmp2; wire tmp1,tmp2; assign Y = tmp1 ^ tmp2;
<模块元件名>: <例化元件名> （ .例化元件端口（例化元件外接端口名）,...）;
3. 8位加法器描述
3. 8位加法器描述
时序电路
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
4.2.1 边沿触发型D触发器及其Verilog描述
4.2.2 电平触发型锁存器及其Verilog描述
4.2.2 电平触发型锁存器及其Verilog描述
习
题
4-7 给出1位全减器的VHDL描述。要求： （1）首先设计1位半减器，然后用例化语句将它们连接起来，图4-28中h_suber 是半减器，diff是输出差，s_out是借位输出，sub_in是借位输入。 （2）根据图4-28设计1位全减器。 （3）以1位全减器为基本硬件，构成串行借位的8位减法器，要求用例化语句来 完成此项设计。