Verilog HDL简介
Verilog HDL介绍
关于时延(续)
时间单位通过编译指令与物理时间相关联 ‘timescale 1ns/100ps ; 即：时延时间单位为1ns，时间精度为 100ps 时间精度 #5.21 // 对应5.2ns
#6.17
// 对应6.2ns
Verilog主要描述方式
数据流描述方式 行为描述方式
结构化描述方式
数据流描述方式
• VHDL “Tell me how your circuit should behave and I will give you the hardware that does the job.” • Verilog HDL Similar to VHDL • ABEL-HDL、AHDL（Altera HDL） “Tell me what hardware you want and I will give it to you” •硬件C语言：SystemC、Handle-C
Verilog 与VHDL的比较（续）
• Verilog HDL的编程风格比VHDL更加简 洁明了、高效便捷。如果单纯从描述结构上 考察，两者的代码之比约为1:3。
• Verilog HDL也于1995年实现了标准化 （IEEE-1364）。目前市场上所有的 EDA 工具都支持这两种语言。而在ASIC 设计领 域，Verilog HDL占有明显优势。
Verilog的基本描述单位
module module_name (port_list);
port declarations data type declarations circuit functionality endmodule
注意：所有的关键字都小写。
【例1】半加器的module
module HalfAdder ( A, B, sum, carry); inputA, B ; outputsum, carry ; assign #2 sum = A ^ B ; assign #5 carry = A & B ;
Verilog语言 Verilog HDL简介
第1章简介本章介绍Verilog HDL语言的发展历史和它的主要能力。
1.1 什么是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Ve r i l o g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。
1.2 历史Verilog HDL语言最初是于1 983年由Gateway Design Automation公司为其模拟器产品开发的硬件建模语言。
那时它只是一种专用语言。
由于他们的模拟、仿真器产品的广泛使用，Verilog HDL 作为一种便于使用且实用的语言逐渐为众多设计者所接受。
在一次努力增加语言普及性的活动中，Verilog HDL语言于1 990年被推向公众领域。
Open Verilog International （O V I）是促进Ve r i l o g发展的国际性组织。
1 992年，O V I决定致力于推广Verilog OVI标准成为I E E E标准。
第一讲 Verilog HDL简介
结论：工艺无关性，高效省事
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
第一讲 Verilog HDL简介
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1.3
Verilog设计流程
Top-Down 设计思想
系统级设计
模块A
模块B
模块C
模块A1
模块A2
模块A3
模块B1
模块B2
模块C1
模块C2
模块C3
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
电 路 图 设 计 文 件
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
第一讲 Verilog HDL简介
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第一讲 Verilog HDL简介
1.1 概述
1.2
1.3
Verilog的设计优点
Verilog设计流程
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
第一讲 Verilog HDL简介
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1.1
概述Βιβλιοθήκη 什么是Verilog HDL？
硬件描述语言的一种，主要用于数字电子
系统设计。适合各种级别的逻辑设计，包括数
字逻辑系统的仿真验证、时序分析、逻辑综合。
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
第一讲 Verilog HDL简介
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Verilog HDL 的发展历史
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
第一讲 Verilog HDL简介
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常用硬件描述语言比较
制作人：梁瑞宇 单位：河海大学
第一讲 Verilog HDL简介
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(1) 逻辑描述层次 (2) 设计要求 (3) 综合过程 (4) 对综合器的要求
(5) 支持的EDA工具
(6) 国际化程度
(7) 掌握难易
veriloghdl的原理 -回复
veriloghdl的原理-回复Verilog HDL（Hardware Description Language）是一种用于硬件描述和设计的编程语言。
它被广泛用于数字电路设计和验证，并在集成电路（IC）设计和电子系统设计中发挥着关键作用。
本文将详细介绍Verilog HDL的原理，包括其概念、工作原理和应用，就中括号内的内容进行逐步回答。
1. 什么是Verilog HDL？Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构、行为和功能。
它为硬件工程师提供了一种高级语言的方式来描述和设计硬件电路。
与低级语言如汇编语言相比，Verilog HDL具有更高的抽象层级，可以更容易地进行电路设计和验证。
2. Verilog HDL的起源和发展Verilog HDL最早于1984年由Gateway Design Automation公司的Phil Moorby提出，并在1985年开始商业化。
之后，它逐渐在硬件设计领域流行起来，并在1995年成为了IEEE标准（IEEE 1364-1995）。
此后，Verilog HDL经历了多次更新和改进，分别发布了Verilog-2001、SystemVerilog和最新的Verilog-2017版本。
3. Verilog HDL的设计层次结构Verilog HDL包括三个主要层次的描述：结构层次、行为层次和功能层次。
- 结构层次描述了电路的物理布局和组成，包括模块、端口、管脚和内部互连。
它类似于组成电路的黑盒子，忽略了内部的工作原理。
- 行为层次描述了电路的运行方式和时序。
它使用模块的输入和输出信号之间的顺序和时间关系来定义电路的行为。
- 功能层次提供了更高级别的抽象，描述了模块的功能和操作，而不是具体的实现细节。
在功能层次上，可以使用与C语言类似的语法和控制结构。
4. Verilog HDL的基本元素Verilog HDL包括了多种基本元素，用于描述电路的不同方面。
VerilogHDL入门教程
VerilogHDL入门教程第一部分：Verilog HDL概述（约200字）Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述和建模数字电路和系统。
它是一种被广泛使用的硬件设计语言，特别适合用于逻辑设计和验证。
Verilog HDL提供了一种形式化的方式来表示数字电路和系统的行为和结构，使得工程师可以更轻松地进行硬件设计和验证。
第二部分：Verilog HDL基础（约400字）在Verilog HDL中，最基本的组成单元是模块。
模块是Verilog HDL中的一个独立的、可重用的单元，可以由其他模块实例化和连接。
每个模块由端口（输入和输出）和内部功能（如逻辑代码和信号声明）组成。
module and_gate(input a, input b, output y);assign y = a & b;endmodule这个模块表示一个与门，它有两个输入a和b，一个输出y。
使用assign语句，我们将输出y连接到输入a和b的逻辑与操作。
第三部分：Verilog HDL高级特性（约400字）除了基本的模块和连接之外，Verilog HDL还提供了一些高级特性，用于更复杂的电路建模和验证。
一种特殊的构造是always块。
always块用于描述模块内的行为，基于一个条件或时钟信号的变化。
例如，下面是一个使用always块的模块示例：module counter(input clk, input enable, output reg count);if (enable)count = count + 1;endendmodule这个模块表示一个简单的计数器，在时钟上升沿时根据enable信号增加计数器的值。
Verilog HDL还支持层次化的建模，允许将模块层次化地组织起来，以便更好地管理和复用代码。
层次化建模通过使用模块的层次命名和连接来实现。
例如，我们可以将上面的计数器模块实例化为另一个模块，如下所示：module top_module(input clk, input enable, output reg count);countercounter_inst(.clk(clk), .enable(enable), .count(count));endmodule这个模块实例化了上面定义的计数器模块，并将其内部信号和端口连接到外部接口。
Verilog-HDL
HDL代码可以在不同级别上进行，
System level→系统级 Behavioral level→行为级 Register transfer level (RTL)→寄存器传输级 Gate level→门级 Switch level→开关级
系统级和行为级不能确保被实现（综合），RTL级 一般都可以实现。 门级和开关级一般由系统软件完成，在Vreilog中 也可用门级原语和开关级原语表述。 ∴RTL is our coding target.
1) 数据流方式
module HalfAdder (A, B, Sum, Carry) ; input A, B; output Sum, Carry; assign Sum=#2 A^B; //A⊕B assign Carry=#5 A&B; endmodule A、B中有一个发生变化，有关的 assign语句就同时执行。如果第 4ns B变化为1 （A＝0没变） ，则： 第6ns Sum赋值为1；第9ns Carry＝0
在一个模块中还可以调用另一 个模块。
module halfadder (S,C,x,y); input x,y; output S,C; xor (S,x,y); and (C,x,y); endmodule
module fulladder (S,C,x,y,z); input x,y,z; output S,C; wire S1,D1,D2; halfadder HA1 (S1,D1,x,y), HA2 (S,D2,S1,z); or g1(C,D2,D1); endmodule
3) 结构方式
module FA_Str (A, B, Cin, Sum, Cou)t ; input A, B, Cin ; output Sum, Cout; wire S1, T1, T2, T3; xor X1 (S1, A, B) , X2 (Sum, S1, Cin) ;//异或原语例化 and A1 (T3, A, B) , A2 (T2, B, Cin) , 利用各级原语例化，可以实现 A3 (T1, A, Cin) , 复杂的电路。但要熟悉系统原 or O1 (Cout, T1, T2, T3 ) ; 语。也可以自定义用户原语。 endmodule
第1章 Verilog HDL入门简介
Verilog HDL数字系统设计及仿真
数字电路的回忆—七进制计数器
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢状态转换图
➢卡诺图
2
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢ Q3* 的卡诺图
➢状态方程：
Q3* Q3Q2 ' Q3 'Q2Q1
3
Verilog HDL数字系统设计及仿真
8
采用Verilog HDL代码
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢计数器模块
➢JK触发器模块
module
module JK_FF(J,K,CLK,Q,Qn);
Counter(Q3,Q2,Q1,C,CLK); input J,K;
output Q3,Q2,Q1,C;
input CLK;
input CLK;
output Q,Qn;
wire J1,K2,J3;
wire G3_n,G4_n,G5_n,G6_n,G7_n,G8_n;
nand G7(G7_n,Qn,J,CLK);
JK_FF JK1(Q1,Q1n,J1,1,CLK);nand G8(G8_n,CLK,K,Q);
JK_FF JK2(Q2, ,Q1,K2,CLK); nand G5(G5_n,G8_n,G6_n);
nand G1(Q,G3_n,Qn);
or or1(K2,Q1,Q3);
nand G2(Qn,Q,G4_n);
endmodule
not G9(CLK_n,CLK);
endmodule
9
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢更简洁的代码
module Counter(Q,CLK,RESET);
verilog hdl不同级别的描述
verilog hdl不同级别的描述
Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统的行为、结构和实现。
它支持从算法级到门级的不同级别的描述，以满足不同规模设计的需要。
以下是Verilog HDL不同级别的描述：
算法级描述：算法级描述是最高级别的描述，主要关注算法和数据流的行为。
在算法级描述中，设计者使用过程块（如always、initial等）和连续赋值语句（如assign）来描述信号的行为和变化。
这种描述方法主要用于设计和描述复杂的控制逻辑和算法。
寄存器传输级（RTL）描述：RTL描述是一种中间级别的描述，介于算法级和门级之间。
它关注于寄存器传输的控制逻辑，包括数据路径和控制逻辑。
在RTL描述中，设计者使用连续赋值语句来描述信号的行为，并使用组合逻辑和触发器来定义寄存器、移位器等基本元件的行为。
这种描述方法主要用于设计和描述具有大量寄存器和控制逻辑的数字系统。
门级描述：门级描述是最低级别的描述，主要关注电路元件和连线。
在门级描述中，设计者使用Verilog HDL的内置元件（如AND、OR、NOT等）来描述电路的基本元件和连线。
这种描述方法主要用于设计和描述简单的组合逻辑电路和时序逻辑电路。
除了以上三种级别的描述外，Verilog HDL还支持混合级别的描述，即将不同级别的描述混合在一起使用。
例如，可以在算法级描述中定义一个模块的接口，然后在RTL 或门级描述中实现该模块的具体逻辑。
这种混合级别的描述方法可以使设计更加灵活和
模块化，并方便实现模块重用和层次化设计。
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结 构 描 述
小结：
•行为描述方式：
一般使用下述语句描述，可以对组合、时序逻 辑电路建模。 1）initial 语句 2）always 语句
•数据流描述方式：
一般使用assign语句描述，主要用于对组合逻 辑电路建模。
•结构描述方式：
一般使用Primitive（内部元件）、自定义的 下层模块对电路描述。主要用于层次化设计中。
Order must match exactly
models add4 (result, carry, r1, r2, ci); module addbit (a, b, ci, sum,co); input a, b, ci; output [3:0] result; output sum, co; output carry; input [3:0] r1, r2; Structural or behavioral input ci; model wire [3:0] r1, r2, result; endmodule wire ci, carry, c1, c2, c3; addbit u1 (r1[0], r2[0], ci, result[0], c1); addbit u2 (r1[1], r2[1], c1, result[1], c2); addbit u3 (r1[2], r2[2], c2, result[2], c3); addbit u4 (r1[3], r2[3], c3, result[3], carry); endmodule
运算符的优先级
！ * + << < == & ^ | && || ?: ~ / % >> <= > != === ~& ~^ ~| 最高优先级
>= !==
最低优先级
Verilog 基本门级元件
多输入门：and、nand、or、nor、xor、xnor
只有单个输出,1个或多个输入
多输出门：not、buf
data type declarations
functionality
timing Βιβλιοθήκη pecificationendmodule
•Verilog程序的组成部分
module Name， port list， port declarations（if ports present） parameters（optional）， Declarations of wires, regs and other variables Instantiation of lower level modules Data flow statements ( assign ) Tasks anf functions
always @(posedge clk) q = data; endmodule
Verilog HDL行为描述方法
过程块的组成：
过程语句@(事件控制敏感表）
begin (：块名)
块内局部变量说明 一条或多条过程赋值或高级程序语句 end
在always下面使用的高级程序语句
（1）if-else 条件语句 if (条件表达式） 块语句1
module mux2_1(out1, a, b, sel) ; output out1; input a, b; input sel;
reg out1; always @(sel or a or b) begin case (sel) 1’b0 : out1 = a; 1’b1 : out1 = b; endcase end
endmodule
endmodule
module mux2_1(out1,a,b,sel); output out1; input a,b,sel; not (sel_, sel); and (a1, a, sel_); and (b1, b, sel); or (out1, a1, b1); endmodule
else if (条件表达式2） 块语句2
…….. else if （条件表达式n) 块语句n else 块语句n+1
（2）case 语句 case (敏感表达式）
值1：块语句1
值2：块语句2 …… 值n: 块语句n default:块语句n+1
endcase
（3）for循环语句
for (表达式1；表达式2；表达式3）块语句
module gate1(F,A,B,C,D); input A,B,C,D;
output F;
assign F=~(A & B)|(B & C & D);
endmodule
2 Verilog HDL 基础知识
空白符：空格、TAB键、换行符及换页符 注释行：单行注释、多行注释
标识符取名规则：
必须是由字母或下划线开头，长度小1024字符 后续部分可以是字母、数字、下划线 以反斜杠“\”开头，以空白符结尾的任何字符 序列
3.字符串：为两个双引号“ ”之间的字符， 字符串不允许跨行
变量的数据类型
1.连线类型（Net-type) 2.寄存器类型（ Register-type) 3.标量与矢量 标量：线宽只有一条的连线，位数只有一位的寄存器
矢量：线宽大于一条的连线，位数大于一位的寄存器
4.标量类矢量与矢量类矢量
标量类矢量：可以按位或进行部分位赋值的矢量
4 层次化设计方法举例
例3 请用层次化的方法设计一个4位全加器，框图如下：
4-bit Adder
r1 r2 ci
a b ci
sum co
a b ci
sum co
a b ci
sum co
a b ci
sum co
result carry
实现方案如下：
4-bit Adder (add4.v) 1-bit Adder (addbit.v) 1-bit Adder 1-bit Adder
assign out1=(sel & b) | (~sel & a);
数 据 流 描 述
endmodule
行为描述
module mux2_1(out1, a, b, sel) ; output out1; input a, b; input sel;
reg out1; always @(sel or a or b) begin if (sel) out1 = b; else out1 = a; end
例2 用Verilog HDL语言描述2选1 的数据选择器。
a b sel out1
module mux2_1(out1, a, b, sel) ; output out1; input a, b; input sel;
assign out1= sel ? b : a;
数 据 流 描 述
endmodule module mux2_1(out1, a, b, sel) ; output out1; input a, b; input sel;
一些Verilog原型(Primitive)
列出结构化的元件 并按网表连接
模块的调用方法
基本方式： 模块名 调用名（端口名表项）
调用方式一：位置对应调用方式
调用方式二：端口名对应调用方式
调用方式三：存在不连接端口的调用方式
（未连PORT允许用（，）号空出其位置）
2. 顶层模块调用底层模块实例－通过位置关联
xnor
n-input exclusive NOR gate
3 Verilog的设计举例
例1 用Verilog HDL语言描述一个上升沿D触发器。 module dff (q,clk,data);
模块 output q; 名
句尾 分号 端口类 型说明
input clk,data;
reg q;
数据类型说明 功能描述 （行为描述）
允许有多个输出,但只有一个输入
三态门：bufif0、bufif1、notif0、notif1
有一个输出,一个数据输入和一个控制输入
Verilog 基本门级元件（原型）
在VerilogHDL语言中已预定义了门级原型
and n-input AND gate buf not bufif0 n-output buffer n-output inverter tri-state buffer; Io enable
矢量类矢量：不能按位或进行部分位赋值的矢量，只 能作为一个统一的整体进行
运算符（9类）
运算符分类 算术运算符 位运算符 缩位运算符(单目） 所含运算符
逻辑运算符
关系运算符（双目） 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
+, -, *, /, % ~,&,|,^,^~or~^ &, ~&, |,~|, ^,^~ or ~^ !, &&, || <, >, <=, >= ==, !=, ===, !== <<, >> { } ?:
Alawys and initial blocks, All behavioral statements go in these blocks. endmodule
个以 这 选 5 择个 其组 中件 程的 序一 的 排 个列 或顺 几序 个是 组任 件意 构的 成， 一可
Verilog
简单Verilog实例：
3. 顶层模块调用底层模块实例－通过名字关联
module add4 (result, carry, r1, r2, ci); output [3:0] result; output carry; here names must match exactly input [3:0] r1, r2; input ci; wire [3:0] r1, r2 ， result; wire ci, carry, c1, c2 c3; addbit u0 (.co(c1) , .sum(result[0]), .ci(ci),.b(r2[0]),.a(r1[0])); addbit u1 (.co(c2) , .sum(result[1]), .ci(c1),.b(r2[1]),.a(r1[1])); addbit u2 (.co(c3) , .sum(result[2]), .ci(c2),.b(r2[2]),.a(r1[2])); addbit u3 (.co(carry), .sum(result[3]), .ci(c3),.b(r2[3]),.a(r1[3])); endmodule