[工学]西安电子科技大学verilog教程1-2
VerilogHDL与FPGA设计基础_授课教案0709
西安邮电大学课程教案课程名称：VerilogHDL与FPGA设计基础授课教师：**授课教师所在学院：电子工程学院授课班级：电路1201~02授课学期：2014-2015-01学期一、基本信息二、课程大纲《VerilogHDL与FPGA设计基础》课程教学大纲The fundamental of FPGA Design with Verilog HDL课程编号：DZ140340适用专业：集成电路设计与系统集成先修课程：数字电路，电路分析学分数：4总学时数：64 实验（上机）学时：24考核方式：考试执笔者：李哲编写日期：2014年7月7日一、课程性质和任务本课程是集成电路设计与系统集成专业的一门院定选修专业基础课程。
学生通过本课程学习之后应当熟悉Verilog HDL语言的基本语法和语义、自顶向下的设计方法学、能用Verilog HDL语言在不同的抽象层次上描述数字电路、掌握用Verilog HDL实现数字电路仿真的方法；同时能够应用Verilog HDL语言进行基于FPGA的电路设计。
一方面可以使学生掌握一种适合产品样机和小批量生产的理想手段，另一方面也为进一步学习专用集成电路芯片设计打下了良好基础。
通过本课程的学习可以使学生掌握1）自顶向下的全正向设计思想；2）可编程逻辑器件的基本知识和相关软件的使用方法；3）FPGA电路设计的方法和技巧。
基本具备中小规模可编程逻辑器件的设计开发能力。
二、课程教学内容和要求本课程系统的介绍用VerilogHDL设计和验证数字硬件电路，重点讨论综合VerilogHDL子集在设计数字电路中的应用，讨论FPGA现场可编程阵列器件的结构、特点和相应的集成环境的使用以及目前工业界最常用的仿真工具Modelsim 的使用。
重点讲授基于FPGA的数字电路设计流程中的基本概念、所采用的步骤和应该遵循的原则，包括模块划分原则、可综合VerilogHDL编码风格、验证程序的编写方法和静态时序分析等。
FPGA-Verilog试题(西安电子科技大学)
西安电子科技大学考试时间分钟试题题号一二三四五六七八九十总分分数1.考试形式：闭（开）卷；2.本试卷共四大题，满分100分。
班级学号姓名任课教师一、选择题（每题2分，共18分）1. 下面哪个是可以用verilog语言进行描述，而不能用VHDL语言进行描述的级别？（ A ）(A) 开关级 (B)门电路级 (C) 体系结构级 (D) 寄存器传输级2.在verilog中，下列语句哪个不是分支语句？（ D ）(A) if-else (B) case (C) casez (D) repeat3．下列哪些Verilog的基本门级元件是多输出（ D ）(A) nand (B) nor (C) and (D) not4．Verilog连线类型的驱动强度说明被省略时，则默认的输出驱动强度为（ B ）(A) supply (B) strong (C) pull (D) weak5.元件实例语句“notif1 #(1:3:4,2:3:4,1:2:4) U1(out,in,ctrl);”中截至延迟的典型值为（ B ）(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 46．已知“a =1b’1; b=3b'001;”那么{a,b}＝（ C ）(A) 4b'0011 (B) 3b'001 (C) 4b'1001 (D) 3b'101第 2 页共 8 页7.根据调用子模块的不同抽象级别，模块的结构描述可以分为（ABC ）(A) 模块级 (B)门级 (C) 开关级 (D) 寄存器级8．在verilog语言中，a=4b'1011，那么 &a=（D ）(A) 4b'1011 (B) 4b'1111 (C) 1b'1 (D) 1b'09．在verilog语言中整型数据与（ C ）位寄存器数据在实际意义上是相同的。
(A) 8 (B) 16 (C) 32 (D) 64二、简答题（2题，共16分）1．Verilog HDL语言进行电路设计方法有哪几种（8分）1、自上而下的设计方法（Top-Down）2、自下而上的设计方法（Bottom-Up）3、综合设计的方法2．specparam语句和parameter语句在参数说明方面不同之处是什么（8分）。
verilog教程
verilog教程Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字系统的行为和结构。
它是一种流行的HDL，广泛用于硬件设计和验证领域。
本教程将介绍Verilog的基本概念和语法，以帮助初学者入门。
一、Verilog的基本概念1.1 什么是VerilogVerilog是一种描述数字系统的语言，它可以用来描述硬件电路、验证设计的正确性以及进行电路仿真。
1.2 Verilog的应用领域Verilog广泛应用于硬件设计和验证领域，包括用于开发ASIC（应用特定集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）以及其他数字系统的设计。
1.3 Verilog的版本Verilog有多个版本，包括Verilog-1995、Verilog-2001以及最新的Verilog-2005、这些版本之间有一些语法和功能上的差异。
二、Verilog的语法结构2.1模块和端口在Verilog中，所有的电路描述都是由模块（module）组成的。
模块是电路的基本组成单元，可以看作是一个黑盒子，它接受一些输入，产生一些输出。
2.2信号声明在Verilog中，我们需要声明所有的输入和输出信号。
可以使用`input`和`output`关键字来声明这些信号。
2.3电路实现Verilog允许使用多种语句和结构来描述电路的行为和结构。
这些语句包括顺序语句、条件语句、循环语句以及层次结构。
2.4实例化模块在一个模块中，我们可以实例化其他的模块。
这样可以将一个大的电路拆分成多个小的模块，方便编写和测试。
三、Verilog的仿真和验证3.1静态验证Verilog语言本身提供了很多语法和语义层面的验证功能，对于语法和类型错误会有相应的提示。
3.2激励设计在进行电路验证时，我们需要为输入信号提供激励。
Verilog提供了一种称为`testbench`的特殊模块，用于生成输入信号并将其应用到待验证的电路中。
3.3波形仿真在Verilog中，我们可以使用仿真器来模拟电路的行为，并生成波形图来验证电路是否按预期工作。
Verilog_HDL教程
习题
1. Verilog HDL 是在哪一年首次被 IEEE 标准化的？ 2. Verilog HDL 支持哪三种基本描述方式？ 3. 可以使用 Verilog HDL 描述一个设计的时序吗？ 4. 语言中的什么特性能够用于描述参数化设计？ 5. 能够使用 Verilog HDL 编写测试验证程序吗？ 6. Verilog HDL 是由哪个公司最先开发的？ 7. Verilog HDL 中的两类主要数据类型什么？ 8. UDP 代表什么？ 9. 写出两个开关级基本门的名称。 10. 写出两个基本逻辑门的名称。
2.3 数据流描述方式
用数据流描述方式对一个设计建模的最基本的机制就是使用连续赋值语句。在连续赋 值语句中，某个值指派给线网变量。 连续赋值语句的语法为:
assign [delay] LHS_net = RHS_ expression;
右边表达式使用的操作数无论何时发生变化, 右边表达式都重新计算, 并且在指定的时延后 变化值被赋予左边表达式的线网变量。时延定义了右边表达式操作数变化与赋值给左边表 达式之间的持续时间。如果没有定义时延值, 缺省时延为 0。 下面的例子显示了使用数据流描述方式对 2-4 解码器电路的建模的实例模型。
module HalfAdder (A, B, Sum, Carry); input A, B; output Sum, Carry;
Verilog教程
系统任务和系统函数在第 10章中详细讲解。
3.5 编译指令
以`（反引号）开始的某些标识符是编译器指令。在 Verilog 语言编译时，特定的编译器指 令在整个编译过程中有效（编译过程可跨越多个文件），直到遇到其它的不同编译程序指令。 完整的标准编译器指令如下 :
18 Verilog HDL 硬件描述语言
下载
3.5.7 `unconnected_drive和`nounconnected_drive
在模块实例化中，出现在这两个编译器指令间的任何未连接的输入端口或者为正偏电路 状态或者为反偏电路状态。
`unconnected_drive pull1 ... /*在这两个程序指令间的所有未连接的输入端口为正偏电路状态（连接到高电平） */ `nounconnected_drive
time_unit 和time_precision 由值1、10、和100以及单位s、ms、us、ns、ps和fs组成。例如：
`timescale 1ns/100ps
表示时延单位为 1ns, 时延精度为 100ps。`timescale 编译器指令在模块说明外部出现 , 并且影响 后面所有的时延值。例如 :
示十进制），h或H（表示十六进制）之一； value是基于 base的值的数字序列。值 x和z以及十
3.5.3 `default_nettype
该指令用于为隐式线网指定线网类型。也就是将那些没有被说明的连线定义线网类型。
`default_nettype wand
quartus II建立工程 verilog
参考资料：FPGA设计技巧与案例开发详解（第2版）
《FPGA设计技巧与案例开发详解（第2版）》是2015年12月电子工业出版社出版的图书，作者是 韩彬、于潇宇、张雷鸣。
内ห้องสมุดไป่ตู้介绍
FPGA初学者学习quartus II建立工程，使用verilog HDL。本例使用win7系统下安装的quartus II 13.0版本演示。
参考资料：实例讲解基于Quartus II的FPGA/CPLD数字系统设计快速入门
《实例讲解基于Quartus II的FPGA/CPLD数字系统设计快速入门》是2017年电子工业出版社出版 的图书，作者是赵艳华，温利，佟春明。
参考资料：基于Quartus II的FPGA/CPLD设计
《基于QuartusII的FPGA/CPLD设计》是2006年电子工业出版社出版的图书，作者是李洪伟。
参考资料：基于Verilog的FPGA设计基础
《基于Verilog的FPGA设计基础》是2006年西安电子科技大学出版社出版的图书，作者是杜慧敏、 李宥谋、赵全良。
参考资料：基于Verilog HDL的数字系统设计快速入门
《基于Verilog HDL的数字系统设计快速入门》是2016年电子工业出版社出版的图书，作者是高 敬鹏、武超群。
方法/步骤
进入工程，新建verilog文件，点击 “File”-->“New”-->"Verilog HDL File"-->"OK"
方法/步骤
在新建verilog HDL中输入设计文件 （硬件描述功能情况），完毕后，点 击保存（或ctrl+s），文件名为 “test.v”保存到自己需要的路径里， 选择“保存(S)”默认路径即可；
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。
verilog数字系统设计教程
verilog数字系统设计教程Verilog数字系统设计教程作者：XXX引言：数字系统设计是现代电子工程中非常重要的一部分。
Verilog作为一种硬件描述语言，提供了一种方便且专业的方法来设计和描述数字系统。
本教程旨在为初学者提供关于Verilog数字系统设计的详细介绍和指导。
1. Verilog简介Verilog作为一种硬件描述语言，用于描述数字系统的功能、结构和时序行为。
它类似于C语言，但更专注于硬件级别。
Verilog可以用于设计各种数字系统，例如处理器、嵌入式系统、通信设备等。
2. Verilog基本语法2.1 模块定义Verilog的基本单位是模块。
模块是数字系统的基本组成部分，可以看作是一个独立的功能单元。
模块可以包含输入、输出、内部信号以及其它子模块等。
2.2 信号声明在Verilog中，可以声明各种类型的信号，包括输入信号、输出信号和内部信号等。
信号声明定义了信号的类型、宽度和方向。
3. Verilog建模3.1 组合逻辑建模组合逻辑是数字系统中最基本的部分。
Verilog提供了各种组合逻辑建模的方法，包括逻辑运算、选择结构和多路复用器等。
3.2 时序逻辑建模时序逻辑是数字系统中需要考虑时序关系的部分。
Verilog提供了时序逻辑建模的方法，包括触发器、计数器和时序控制等。
4. Verilog仿真4.1 仿真器介绍仿真器是用于验证数字系统设计的工具。
Verilog可以与各种仿真器配合使用，用于验证设计的正确性和性能。
4.2 仿真流程仿真流程包括编写测试平台和测试用例、编译和仿真等步骤。
本节将介绍基本的仿真流程和相关技巧。
5. Verilog综合5.1 综合概述综合是将Verilog代码转换为逻辑门级描述的过程。
综合器通过将Verilog代码映射到实际的硬件库中，生成能够实现指定功能的逻辑电路。
5.2 综合流程综合流程包括综合前的优化和综合本身两个阶段。
本节将介绍综合的基本流程和主要考虑因素。
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雷达信号处理国防科技重点实验室
2. 数字信号处理
数字信处理系统往往要进行一些复杂的数字运算和数据处理， 并且又有实时响应的要求，他们通常是由高速专用数字逻辑系统或专 用数字信号处理器所构成，电路是相当复杂的。因此只有在高速大规 模集成电路设计制造技术进步的基础上，才有可能实现真正有意义的 实时数字信号处理系统。对实时数字信号处理系统的要求不断提高， 也推动了高速大规模集成电路设计制造技术的进步。现代专用集成电 路的设计是借助于电子电路设计自动化（EDA）工具完成的。学习和 掌握硬件描述语言（HDL）是使用电子电路设计自动化工具的基础。
• 由传统的观点出发，可以从三个不同的方面来研究计算，即从数 学、科学和工程的不同角度；由比较现代的观点出发，可以从四 个主要的方面来研究计算，即从算法和数据结构、编程语言、体 系结构、软件和硬件设计方法学。
• 一个复杂的数字系统设计往往是从算法到由硬线连接的门级逻辑 结构，再映射到硅片的逐步实现的过程。
&Moorby，刘明业等译。
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课时及考试安排
授课时数：30课时 上机时数；14课时 考试时数：90分钟 成绩计算：大作业*40%+考试*60%
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课程内容安排
第一部分 初级篇
第一章. 概述及设计工具介绍 第二章. Verilog HDL的基本知识 第三章. Verilog HDL基本概念 第四章. 常用Verilog语法之一 第五章．常用Verilog语法之二 第六章．常用Verilog语法之三 第七章．常用Verilog语法之四 第八章．常用Verilog语法之五
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绪论
• 为什么要设计专用的复杂数字系统 • 数字信号处理 • 计算（computing） • 算法和数据结构 • 编程语言和程序 • 系统的微体系结构和硬线连接的门级逻辑 • 设计方法学 • 专用硬线逻辑与微处理器的比较 • C语言、Matlab与硬件描述语言在算法运算电路设计的关系和作用
数字系统设计与 Verilog HDL
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课程安排
课程时数：46 学分数： 3 教材：Verilog 数字系统设计教程 出版社：北京航空航天大学出版社， 作 者：夏宇闻编著 参考书： 1.Verilog数字系统设计及应用，西电出版社，袁俊泉等
编著； 2.《硬件描述语言Verilog》 清华大学出版社，Thomas
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4. 算法和数据结构
• 为了准确地表示特定问题的信息并顺利地解决有 关的计算问题，需要采用一些特殊方法并建立相 应的模型。所谓算法就是解决特定问题的有序步 骤，所谓数据结构就是解决特定问题的相应的模 型。
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5. 编程语言和程序
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3. 计算（Computing）
• 这里所说的计算是从英语Computing翻译过来的，他的含义要比 单纯的数学计算广泛得多。“Computing这门学问研究怎样系统 地有步骤地描述和转换信息，实质上是一门覆盖了多个知识和技 术范畴的学问，其中包括了计算的理论、分析、设计、效率和应 用。它提出的最基本的问题是什么样的工作能自动完成，什么样 的不能”。
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1. 为什么要设计专用的复杂数字系统
• 本课程的目的是想通过对数字信号处理、计算、算法和数据结
构、编程语言和程序、体系结构和硬线逻辑等基本概念的介绍， 了解算法与硬线逻辑之间的关系，从而引入利用Verilog HDL硬 件描述语言设计复杂的数字逻辑系统的概念和方法。借助于这种 方法，在电路设计自动化仿真和综合工具的帮助下，只要对并行 计算微体系结构有一定程度的了解，对有关算法有深入的研究， 我们完全有能力设计并制造出具有自己知识产权的DSP类和任何 复杂的数字逻辑集成电路芯片，为我国的电子工业和国防现代化 作出应有的贡献
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课程内容安排
• 第二部分 中级篇
• 第九章. Verilog HDL模型的不同抽象级别 • 第十章. 如何编写和验证简单的纯组合逻辑模块 • 第十一章. 复杂数字系统的构成 • 第十二章. 同步状态机的原理、结构和设计 • 第十三章. 设计可综合的状态机的指导原则 • 第十四章. 深入理解阻塞和非阻塞赋值的不同 • 第十五章. 较复杂时序逻辑电路设计实践
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6.系统的微体系结构和硬线连接的门级逻辑
• 计算电路究竟是如何构成的？为什么它能有效地和正确地 执行每一步程序？它能不能用另外一种结构方案来构成？ 运算速度还能不能再提高？所谓计算微体系结构就是回答 以上问题并从硬线逻辑和软件两个角度一起来探讨某种结 构的计算机的性能潜力。
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7. 设计方法学
• 复杂数字系统设计是一个把思想（即算法）转化为实际数 字逻辑电路的过程。我们知道，同一个算法可以用不同结 构的数字逻辑电路来实现，这从运算的结果来说可能是完 全一致的，但其运算速度和性能价格比可以有很大的差别。 我们可以用许多不同的方案来实现实时完成算法的复杂数 字系统电路。
• 程序员利用一种由专家设计的既可以被人理解，也可以被计算机解释 的语言来表示算法问题的求解过程。这种语言就是编程语言，由它所 表达的算法问题的求解过程就是程序。
• 如果需要设计和制造能进行快速计算的硬线逻辑专用电路，必须学习 数字电路的基本知识和硬件描述语言。
• 现代复杂数字逻辑系统的设计都是借助于EDA工具完成的，无论电路 系统的仿真和综合都需要掌握硬件描述语言。
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3. 计算（Computing）
• 我们将从算法和数据结构、编程语言和程序、微体系结构和硬 线逻辑以及设计方法学等方面的基本概念出发来研究和探讨用于 数字信号处理等领域的复杂硬线逻辑电路的设计技术和方法。特 别强调利用Verilog硬件描述语言的Top-Down设计方法的介绍。