Implementing SystemVerilog for FPGA Design
systemverilog static变量

SystemVerilog是一种硬件描述语言(HDL),它在硬件设计和验证领域得到了广泛应用。
在SystemVerilog中,static变量是一种特殊类型的变量,具有一些特殊的属性和用途。
本文将介绍SystemVerilog中static变量的定义、作用、使用方法以及注意事项,帮助读者更好地理解和应用static变量。
1. static变量的定义在SystemVerilog中,static关键字用于声明static变量。
static变量具有以下特点:1)static变量只会被初始化一次,在整个程序执行过程中保持其数值不变;2)static变量在声明它的模块或任务的生命周期内都是可见的;3)static变量在声明时会被分配内存空间,并且在整个程序执行期间都不会释放这块内存空间。
2. static变量的作用static变量主要用于以下两个方面:1)在函数或任务中保存状态信息。
由于static变量只会被初始化一次,并且在整个程序执行期间保持不变,因此可以用来保存某些状态信息,如计数器、标志位等。
2)在模块中共享数据。
在SystemVerilog中,模块内声明的变量默认情况下是local的,即只能在当前模块中访问。
而使用static变量可以在模块内共享数据,这对于一些特定的需求非常有用。
3. static变量的使用方法下面是一个简单的示例,演示了static变量的声明和使用方法:```systemverilogmodule static_example;initial beginint i;for (i = 0; i < 5; i++) begin$display("i = 0d", get_static_value());endendfunction int get_static_value();static int value = 0;value++;return value;endfunctionendmodule```在上面的例子中,我们声明了一个名为get_static_value的function,并在其中声明了一个static变量value。
verilog最占用fpga逻辑资源的语法

Verilog最占用FPGA逻辑资源的语法1. 引言FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,它可以根据用户的需求进行逻辑电路的重新配置。
Verilog是一种硬件描述语言(HDL),用于描述数字系统的结构和行为。
在FPGA设计中,使用Verilog语言编写的代码将被综合为逻辑电路,并映射到FPGA的可编程逻辑资源上。
本文将介绍Verilog中最占用FPGA逻辑资源的语法,帮助读者了解如何优化FPGA设计,提高资源利用率。
2. 时序逻辑与组合逻辑在Verilog中,我们可以使用组合逻辑和时序逻辑来描述电路行为。
组合逻辑仅基于输入信号的当前值,而时序逻辑还考虑了输入信号的变化过程。
时序逻辑通常需要使用寄存器来存储状态信息,因此会占用更多的FPGA逻辑资源。
3. 寄存器寄存器是时序逻辑的基本构建单元,它用于存储状态信息。
在Verilog中,我们使用reg关键字声明寄存器。
寄存器占用的逻辑资源与其位宽和数量相关。
较宽的寄存器和大量的寄存器会占用更多的FPGA逻辑资源。
reg [7:0] data; // 8位宽的寄存器reg [31:0] counter [3:0]; // 4个32位宽的寄存器当我们需要实现复杂的状态机或计数器时,使用大量寄存器是常见的。
然而,过多的寄存器会导致逻辑资源的浪费,因此需要合理使用寄存器。
4. 多路选择器和复用器多路选择器(MUX)和复用器(MUX)是常用的逻辑电路,它们可以将多个输入信号选择或复用到一个输出信号上。
在Verilog中,我们可以使用case语句或条件运算符?:来实现多路选择器和复用器。
然而,使用过多的多路选择器和复用器会占用大量的逻辑资源。
// 使用case语句实现4:1多路选择器reg [1:0] select;wire out;always @*case (select)2'b00: out = in0;2'b01: out = in1;2'b10: out = in2;2'b11: out = in3;endcase// 使用条件运算符实现4:1多路选择器reg [1:0] select;wire out;assign out = (select == 2'b00) ? in0 :(select == 2'b01) ? in1 :(select == 2'b10) ? in2 :(select == 2'b11) ? in3 : 1'bz;在设计中,我们应该尽量减少多路选择器和复用器的使用,以节省逻辑资源。
vivado中systemverilog混合编译

vivado中systemverilog混合编译在Vivado中,SystemVerilog混合编译是指将SystemVerilog代码与Verilog代码一起编译和仿真。
Vivado支持这种混合编译,以便您可以在同一个项目中使用两种语言。
以下是混合编译的一般步骤:1. 创建项目:首先,创建一个新的Vivado项目。
这可以通过打开Vivado软件并创建一个新的项目文件来实现。
2. 添加文件:在项目中添加所需的Verilog和SystemVerilog文件。
您可以将文件直接拖放到项目浏览器中,或者通过菜单栏中的“File”>“Add”>“File”来添加。
3. 编写代码:在Verilog和SystemVerilog文件中编写代码。
请注意,混合编译的代码应该遵循一定的规范,以便Vivado可以正确地识别和处理两种语言。
4. 编译和仿真:在Vivado中编译项目。
可以通过菜单栏中的“Run”>“Compile”来执行编译操作。
编译完成后,您可以使用Vivado提供的仿真工具进行仿真。
5. 分析结果:在仿真过程中,您可以查看波形、报告和其它输出文件,以分析设计的性能和正确性。
以下是一些建议,以确保混合编译的顺利进行:-避免在同一个模块中混合使用Verilog和SystemVerilog代码。
尽量将Verilog代码和SystemVerilog代码分别放在不同的模块中。
-使用Vivado提供的预处理器指令来区分Verilog和SystemVerilog代码。
例如,使用``来声明一个模块为SystemVerilog模块。
-确保SystemVerilog模块中的异常处理和监控功能正确实现,以避免编译错误。
-熟悉Vivado的编译器和仿真器,以便在混合编译环境中正确地使用它们。
总之,在Vivado中进行SystemVerilog混合编译需要遵循一定的规范和技巧。
通过遵循这些规范和技巧,您可以充分利用Verilog和SystemVerilog的优势,提高设计开发效率。
systemverilog函数

systemverilog函数SystemVerilog是一种硬件描述语言,用于描述硬件设计和验证。
它包含了一系列的语法和语义,使得开发人员能够对电子系统进行描述、模拟和验证。
在SystemVerilog中,我们可以使用函数来创建可重用的代码块,以便在设计和验证过程中使用。
本文将介绍SystemVerilog函数的概念和使用方法。
一、SystemVerilog函数的概述SystemVerilog函数是一段可执行的代码,可以接受输入参数并返回一个值。
它在设计和验证过程中起到了模块化和重用代码的作用。
函数可以用于实现常用的算法、逻辑函数、数据转换等。
与任务不同,函数是同步的,会阻塞进程直到返回结果。
函数可以在模块内部定义,也可以在模块之外定义。
二、SystemVerilog函数的语法函数的语法在SystemVerilog中如下所示:function 函数返回值类型函数名(输入参数列表);函数体;endfunction其中,函数返回值类型指定了函数的返回值类型,函数名指定了函数的名称,输入参数列表指定了函数的输入参数,函数体是实现函数功能的代码。
下面是一个例子:function int add(int a, int b);return a + b;endfunction本例中,函数add接受两个整型参数a和b,并返回它们的和。
三、SystemVerilog函数的特性1.函数可以是递归的,即一个函数可以调用自身。
这在实现一些递归算法时非常有用。
2.函数可以有输入参数,也可以没有输入参数。
输入参数可以通过值传递或引用传递。
3.函数可以有返回值,也可以没有返回值。
如果没有返回值,则函数被称为过程。
4.函数可以有本地变量和输入参数,但不能有任何输出参数。
输出结果通过函数的返回值传递。
5.函数可以在模块之外定义,以便在多个模块中共享和重用。
四、SystemVerilog函数的使用示例下面是一个使用函数的示例,实现了一个二进制加法器:module binary_adder(input [3:0] a, input [3:0] b, output logic [3:0] sum);//二进制加法函数function logic [3:0] binary_add(input [3:0] a, input [3:0] b);logic [3:0] carry = 0;logic [3:0] sum = 0;for(int i=0; i<4; i++) beginsum[i] = a[i] ^ b[i] ^ carry;carry = (a[i] & b[i]) , (a[i] & carry) , (b[i] & carry);endbinary_add = sum;endfunction//使用函数计算二进制加法assign sum = binary_add(a, b);endmodule本例中,我们定义了一个模块binary_adder,包含了一个输入端口a和b,一个输出端口sum。
verilog 标准

verilog 标准
Verilog(Verilog HDL)是一种硬件描述性语言,用于模拟和合成数字电路,并用于设计各种数字系统,包括集成电路(IC)和场可编程门阵列(FPGA)等电子设备。
以下是 Verilog 标准:
1. IEEE 1364-1995:原始 Verilog 标准,也叫 Verilog 95。
2. IEEE 1364-2001:带有一些新功能的 Verilog 2001 标准。
3. IEEE 1364-2005:Verilog 2005 标准,包含更多新功能。
4. IEEE 1800-2005:SystemVerilog 标准,是一种扩展版Verilog,包含了一些新语言特性和编程范式。
5. IEEE 1800-2012:SystemVerilog 新版本,增加了一些新的特性和语言结构。
6. IEEE 1800-2017:SystemVerilog 最新标准,包含了更多功能和改进。
每个版本的 Verilog 都有它自己的特点和一些规范。
SystemVerilog 继承了 Verilog 标准并添加了更多的功能,包括复杂的数据结构、面向对象编程(OOP)、约束随机验证和其他高级特性。
SystemVerilog硬件设计及建模第7-8-9章

语句 j = i ++ j = ++ i j = i -j = -- i
操作 后加 先加 后减 先减
描述 i的值赋给j,然后i加1 i加1, 然后i的值赋给j i的值赋给j,然后i减1 i减1, 然后i的值赋给j
while (i ++ < LIMIT) begin : loop1 …… //i最后的值为LIMIT
MicroElectronics Center
HMEC
7.1 新操作符
递增和递减操作符: ++ -赋值操作符: += -= *= /= %= &= |= ^= <<= >>== <<<= >>>= 设置成员操作符: inside
MicroElectronics Center
HMEC
7.1.1 递增递减操作符
end while (++ j < LIMIT) begin : loop2
……//j最后的值为LIMIT - 1 end
MicroElectronics Center
HMEC
7.1.1递增递减操作符
竞争问题:++ 和 -- 操作符是阻塞赋值,为避免竞争,递增
递减操作符只能用于递增递减操作的变量不会被过程块外
endpackage
MicroElectronics Center
HMEC
7.1.2 赋值操作符
import definitions :: *; module alu (input instr_t IW;
output data_t alu_out); always @(IW) begin
systemverilog 语法

systemverilog 语法SystemVerilog是一个硬件描述语言(HDL),它具有一些基本语法结构,与其他编程语言并无差异。
本文将介绍常见的SystemVerilog 语法。
1. 模块声明SystemVerilog使用模块来描述电路的结构,其中包含了输入端口、输出端口以及内部信号。
下面是一个简单的模块声明示例:module my_module(input input_port, output output_port);// Verilog代码在这里endmodule2. 变量声明变量可分为多种类型:- 整型变量(int):用于整数值。
- 浮点型变量(real):用于浮点值。
- 位变量(bit):只能存储0和1。
- 向量型变量(vector):用于存储多位的值。
下面是声明一个整型变量的示例:int my_variable;3. Control FlowSystemVerilog支持条件和循环语句,使得描述一些分支判断或循环的电路的时候变得更加直观。
- if/else语句:if语句用于条件分支,else语句用于指定当条件不满足时的操作。
下面是if/else语句的基本形式:if (condition) begin// 操作一endelse begin// 操作二end- for循环:for循环让您可以重复执行某些操作,直到满足指定的条件。
下面是for循环语句的一般形式:for(initialization, condition, increment) begin// 操作end其中,初始化指定循环计数器的值,条件指定循环何时结束,增量指定每次循环计数器自增的值。
4. 综合测试(assertions)综合测试是一种在设计中添加的指令,通过检查某些条件是否满足来确保设计的正确性。
可以使用综合测试指令对电路进行严格测试。
下面是一个简单的综合测试指令:assert(signal1 == signal2) else $display("Error");这里的断言语句表示,如果信号signal1不等于信号signal2,则显示错误消息。
DES加密算法FPGA设计及实现

摘要随着信息技术的发展,计算机应用渗透到社会生活的各个领域,特别是军事的应用,使人们对信息的依赖程度越来越高,因而信息安全技术显得格外重要。
加密作为信息安全中一个最为有力的武器,正在发挥着重要的作用。
DES(Data Encryption standard)加密算法在成为加密标准到今天,经历了长期的考验。
实践证明DES算法的安全性是能够满足大部分的安全要求的。
随着微电子技术的发展,可编程逻辑器件由早期的只读存贮器(ROM)发展到今天十分流行并广泛应用的现场可编程门阵列FPGA。
FPAG具有体系结构和逻辑单元灵活,集成度高以及实用范围宽等特点,可以实现较大规模的电路,编程也很灵活,而且设计开发周期短,设计制造成本低,开发工具先进,标准产品无需测试,质量稳定以及可实时在线检验等优点,因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产。
所以,应用FPGA来设计和实现DES加密算法具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。
本文设计实现了一种基于FPGA的DES加密系统。
概括起来,本文主要完成了以下几方面的主要工作:1:介绍了研究课题“DES加密算法的FPGA设计及实现”的背景知识。
2:完成了DES加密系统的整体设计。
整个系统包括DES顶层模块,密钥生成模块和迭代加密模块。
此系统的功能是输入明文和密钥后,输出DES加密后的密文。
3:以Modelsim SE 5.6为开发软件,用VHDL硬件描述语言设计了DES加密芯片,并且实现了三大模块的具体功能及整体连接。
4:利用Modelsim SE 5.6进行功能仿真测试并验证了整个系统的功能。
【关键词】:DES,FPGA,VHDL,Modelsim,数据加密,模块ABSTRACTWith the development of information technology ,the application of computer has come into social any field. Especially in military field, people rely on information more seriously. So information security becomes very important. Encryption as a sort of power weapon is widely used in the field of information security.DES(Data Encryption Standard) encryption arithmetic has stood the long test from when it became the encryption standard to now. It is proved by much practice that the security of the DES encryption can satisfy the voluminous need of security.With the development of micro-electronic technology, the programmable logic device develop from earlier ROM to very popular and extensive applied FPGA(Field Programmable Gate Array)today .The FPGA has the characteristic of flexible system structure and logic unit, high integration and wide application. Especially, the FPGA can carry out the more large-scale circuit, programmed flexibly. When the engineers use the FPGA to design and develop the product, the time is short, the cost is low, the tool is advanced, the standard product don’t need to test, the quality is steady and the product can be inspected on line. So, the FGPA is widely used to design and make product.Therefore, using the FPGA to design and implement the DES encryption arithmetic is very important and it will be widely used in much field. The main contributions of the paper are as follow:1: Introduced the research topic "DES encryption algorithm of FPGA Design and Implementation of" background knowledge.2: The completion of the DES encryption of the overall design of the system. DES top of the entire system, including modules, and iterative key generation module encryption module.3: Modelsim SE 5.6 software for the development, use of VHDL hardware description language design and the realization of the three specific functional modules and the overall connection.4: Use Modelsim SE 5.6 for functional simulation to test and verify the entire system.【Keyword】:DES,FPGA,VHDL,Modelsim,Data Encryption,Module信息技术的广泛发展使得计算机应用渗透到社会生活的各个领域,人们对信息的依赖程度越来越高。
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TECHNICAL PUBLICATIONwww.mentor.comImplementing SystemVerilog forFPGA Design
Ehab Mohsen, Technical Marketing EngineerDesign Creation and Synthesis DivisionMentor Graphics CorporationJune 2008Adopting SystemVerilog for DesignImplementing SystemVerilog for FPGA Design
PAGE 2www.mentor.comJune 2008INTRODUCTIONSince its ratification in 2005, the SystemVerilog IEEE-1800 standard has come a long way in terms of adoption — though this adoption has not been even-handed. The specification can be roughly broken into several categories: assertions, testbench constructs, DPI and API interface, and design enhancements. The verification constructs were the first to get industry-wide attention, as shown with the high profile methodologies such as the Verification Methodology Manual (VMM), the Advanced Verification Methodology (AVM), and Open Verification Methodology (OVM) — all to address the verification bottleneck.
And yet the design implementation bottleneck deserves equal attention. One study on FPGA design reports that RTL logic design consumes roughly half of the design cycle time, with verification consuming the other half. In addition, roughly 60% of projects are delayed due to changes in the design specification. In other words, RTL coding methods are far from perfect and significant in schedule impact. Recent enhancements to SystemVerilog are intended to address these issues.
With the ability to design at higher levels of abstraction, compactness of code, and the unification of design and verification environments, the new SystemVerilog extensions offer an improved method of logic imple-mentation, relevant at nearly all RTL designers.
ADOPTING SYSTEMVERILOG FOR DESIGNBut engineers are wary of change, particularly when it involves adopting a new design language. Changing to a new language not only implies starting from scratch, but convincing others in the design team to start from scratch. Changing also means waiting for EDA tools to provide adequate support of the language. Most designers do not have the bandwidth, freedom, or comfort level to take this leap.
The truth is, however, adopting SystemVerilog for design is not a leap at all. SystemVerilog can (and should) be thought of as an extension to the existing Verilog standard with the same basic syntax and backward compatibility. In addition, there are synthesis tools available that support the synthesizable constructs of the language. In fact, Precision® Synthesis has long supported SystemVerilog for design with customers already implementing designs into real hardware. Adapting current design methods to make
use of SystemVerilog is not the risky revamp or makeover most engineers assume it to be.
In a real sense, the risk is sticking with the same design methodology while chip size and complexity continue to increase. For example, average gate count from one FPGA project to the next increase on average 25 percent. Managing this increase in complexity was among the goals of the authors of the SystemVerilog specification. In fact, the charter for the new standard was to "extend Verilog IEEE 2001 to higher abstraction levels for architectural and algorithmic design, and advanced verification."
THE NEW CONSTRUCTSThis paper reviews a few of these constructs added to make the language more design friendly. While the language has a variety of extensions, the sub-set examined here focuses on those that allow higher levels of abstraction for RTL design. Each construct builds on the other, with the degree of abstraction and complexity left to the designer.
User-Defined TypesAs a starting point, SystemVerilog allows the definition of new data types based on existing types with the typedef keyword, similar to C (example shown below). This construct is a fundamental building block in modeling a complex design at abstract levels while still being accurate and synthesizable. Once it is defined, the user-defined type can be used as with any built-in data type, making data structures more readable:
typedef logic [1:0] opcode_t;opcode_t [1:0] op1;
Note: The example above follows the naming convention of ending a user-defined type with the characters "_t". This convention is done to improve readability and maintainability, since the user-defined type may have been defined elsewhere in the code or in another file.
The examples in this paper use the logic data type — a replacement to the reg data type, as the latter misleadingly implies a register is to be inferred. In fact, reg is a variable and may be implemented as sequential or combinational logic, depending on its use. The use of logic over reg is recommended to avoid designer confusion. There are other differences between the reg data type from Verilog-2001 and the logic type of SystemVerilog, but they are beyond the scope of this paper.