verilog语言及程序设计
Verilog语言及其应用
目录
• Verilog语言概述 • Verilog基本语法 • Verilog设计流程 • Verilog的应用领域 • Verilog的挑战与解决方案 • Verilog的未来发展
01
Verilog语言概述
什么是Verilog
硬件描述语言
01
Verilog是一种用于描述数字电路和系统的硬件描述
编写模块描述
使用Verilog语言编写每个模块的描 述，包括输入、输出端口和内部逻辑。
仿真验证
使用仿真工具对模块进行功能仿真， 确保模块实现正确。
行为级仿真
建立测试平台
使用Verilog编写测试平台，用于模拟模块的输入信号，并观察输出信号。
编写测试向量
定义一系列测试用例，用于测试模块在不同输入条件下的行为。
端口和输入/输出端口。
端口声明
在模块内部，通过关键字 input、output或inout声明
端口。
端口连接
在模块实例化时，通过连接端 口将不同模块连接在一起。
赋值语句
连续赋值语句
使用assign关键字进行连续赋值，用于描述组合逻辑电路。
非连续赋值语句
使用always关键字进行非连续赋值，用于描述时序逻辑电路。
代码可读性
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总结词
详细描述
1. 使用有意义的 2. 添加注释 变量…
3. 遵循编码规范
代码可读性是Verilog编程 中一个重要的问题，它直 接影响到代码的维护和调 试。
Verilog语言是一种硬件描 述语言，其语法和结构相 对较为复杂，使得代码可 读性成为一个挑战。为了 提高代码可读性，可以采 用以下方法
数字设计中的Verilog HDL语言基础
数字设计中的Verilog HDL语言基础Verilog HDL语言是数字设计中非常重要的一门编程语言，它被广泛应用于集成电路设计和硬件描述语言。
在数字设计中，Verilog HDL语言被用来描述硬件的行为和结构，使得工程师能够通过编写代码来设计和实现各种数字电路。
Verilog HDL语言具有如下几个基础要素：1. 模块(Module)：Verilog HDL语言中的最基本构建单元就是模块，一个模块可以包含端口、输入、输出、内部信号和行为描述等部分。
模块用来描述数字电路中的一个功能模块或组件，它是实现数字电路的基础。
2. 信号(Signal)：信号是Verilog HDL语言中用来传递信息的基本元素，它可以是输入信号、输出信号或者中间信号。
信号可以是数字类型、整数类型、浮点数类型等，通过信号的传输和逻辑操作来描述整个数字电路的行为。
3. 端口(Port)：端口是模块与外部环境进行通信的接口，它可以是输入端口、输出端口或者双向端口。
端口定义了模块和其他模块或顶层模块之间的信号传输规则，是数字电路的输入输出通道。
4. 运算符(Operator)：Verilog HDL语言中包含了各种运算符，用来对信号进行逻辑运算、算术运算和比较运算等操作。
常见的运算符包括与(&)、或(|)、非(!)、加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、取余(%)等，通过运算符的使用能够实现数字电路中的各种功能。
5. 时钟(Clock)：时钟信号在数字设计中起到非常重要的作用，它用来同步数字电路中的各个组件，确保它们按照时序进行正确的操作。
时钟信号通常是周期性的信号，在数字电路中广泛用于触发、同步和控制各个模块的工作。
通过学习Verilog HDL语言的基础知识，可以帮助我们更好地理解数字设计中的原理和技术，进而能够设计和实现各种复杂的数字电路。
掌握Verilog HDL语言的基础概念和语法规则，是每一位数字设计工程师必备的技能之一。
Verilog语言设计教程
2018/10/19
计算机科学与技术学院
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1.1 硬件描述语言 Verilog HDL
Verilog HDL语言是基于C语言发展起来的硬件描述语言，于1983年由 GDA公司首创。 1995年Verilog HDL语言成为IEEE标准，编号：IEEE Std1364-1995。 Verilog HDL语言具有简捷、高效、易学易用、功能强大等优点，逐 步为设计人员所接收和喜爱。 Verilog语言支持的EDA工具较多，适合于寄存器传输级（RTL）和门 电路级的描述，其综合过程比VHDL简单，但在高级描述方面不如VHDL。 VHDL比Verilog HDL早几年成为I EEE标准； VHDL语法/结构比较严格，因而编写出的模块风格比较清晰； VHDL比较适合由较多的设计人员合作完成的特大型项目。
[例] 8位计数器 module counter8 ( out,cout,data,load, cin,clk ); 端口定义 output [7:0] out; output cout; I/O说明 input [7:0] data; input load, cin,clk ; 信号类型声明 reg[7:0] out; always @(posedge clk) begin if(load) 功能描述 out <= data; // 同步预置数据 else out < = out + 1 + cin; // 加1计数 end assign cout = &out & cin; //若out为8‘hFF，cin为1，则cout为1 endmodule 位运算符 缩减运算符
2018/10/19
计算机科学与技术学院
verilog hdl 语言设计题设计移位寄存器
Verilog HDL 是一种硬件描述语言，用于模拟电子系统，特别是数字系统。
下面是一个简单的Verilog HDL 程序设计，用于创建一个 4 位移位寄存器。
verilog复制代码
module shift_register(input wire clk, input wire reset, input wire [3:0] data_in, output reg [3:0] data_out);
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
data_out <= 4'b0000; // 当 reset 为 1 时，寄存器清零
end else begin
data_out <= {data_out[2:0], data_in}; // 否则，将数据向右移位
end
end
endmodule
这个程序定义了一个名为shift_register的模块。
它有一个时钟输入clk，一个复位输入reset，一个 4 位数据输入data_in和一个 4 位数据输出data_out。
在每个时钟上升沿或复位上升沿，它都会检查复位信号。
如果复位信号为高，它会将输出寄存器清零。
否则，它会将数据向右移位，将data_in的值放入寄存器的最低位。
注意：这个代码没有包含任何形式的错误检查或保护机制，你可能需要在实际应用中加入这些功能。
verilog语言及程序设计
verilog语言及程序设计Verilog语言及程序设计1.引言1.1 目的本文档旨在提供Verilog语言及程序设计的详细说明和指导，帮助读者了解Verilog语言的基本概念、语法和编程技巧，以及如何设计和开发Verilog程序。
1.2 背景Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字电路和系统的行为和结构。
它广泛应用于硬件设计、逻辑仿真和电路验证等领域。
Verilog可以用于设计各种数字系统，从简单的逻辑门到复杂的处理器和通信接口。
2.Verilog语言基础2.1 Verilog简介2.1.1 Verilog的历史2.1.2 Verilog的应用领域2.2 Verilog的基本元素2.2.1 模块（module）2.2.2 端口（port）2.2.3 信号（signal）2.2.4 注释（comment）3.Verilog语法和语句3.1 模块声明与实例化3.1.1 模块声明3.1.2 模块实例化3.2 数据类型3.2.1 整数类型（integer）3.2.2 实数类型（real）3.2.3 位向量类型（bit vector）3.2.4 枚举类型（enum）3.3 运算符3.3.1 算术运算符3.3.2 关系运算符3.3.3 逻辑运算符3.3.4 位运算符3.3.5 赋值运算符3.4 控制语句3.4.1 if语句3.4.2 case语句3.4.3 for循环语句3.4.4 while循环语句4.Verilog模块设计4.1 模块设计流程4.1.1 需求分析4.1.2 模块接口设计4.1.3 数据流图设计4.1.4 代码实现4.1.5 仿真与验证4.2 常见模块设计实例4.2.1 时钟分频器4.2.2 状态机4.2.3 寄存器堆4.2.4 串行通信接口5.高级Verilog编程技巧5.1 参数化模块设计5.2 位向量操作技巧5.3 时序逻辑设计5.4 RTL设计规范5.5 验证技术和方法6.附件7.法律名词及注释7.1 版权（Copyright）在法律上，版权是指对原创作品的独占性控制权，包括复制、分发和修改等权力。
Verilog HDL语言
2021/8/14
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5. 等式操作符（Equality operators）
等值操作符包括：
==（等于）、！=（不等于）、===（全等）、 ！==（不全等）4种。
2021/8/14
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2. 信号类型声明
变量类型声明用来说明设计电路的功能描述中，所用的信号 的数据类型以及函数声明。
变量的数据类型主要有连线（wire）、寄存器（reg）、整型 （integer）、实型（real）和时间（time）等类型。
2021/8/14
5
3. 功能描述
功能描述是Verilog HDL程序设计中最主要的部分，用 来描述设计模块的内部结构和模块端口间的逻辑关系，在电 路上相当于器件的内部电路结构。
① 首字符不能是数字。
② 字符数不能多于1024个。 ③ 大小写字母是不同的。
④ 不要与关键字同名。
2021/8/14
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4.2.6 操作符
操作符也称为运算符，是Verilog HDL预定义的函数名 字，这些函数对被操作的对象（即操作数）进行规定的运算， 得到一个结果。
操作符通常由1～3个字符组成，例如，“+”表示加操作， “==”（两个=字符）表示逻辑等操作，“===”（3个=字符） 表示全等操作。有些操作符的操作数只有1个，称为单目操作； 有些操作符的操作数有2个，称为双目操作；有些操作符的操 作数有3个，称为三目操作。
字符串是用双引号括起来的可打印字符序列，它必须包含在同 一行中。例如，
“ABC”， “A BOY.” ，“A”， “1234” 都是字符串。
Verilog硬件描述语言设计实例
[例2]指令译码电路的设计实例 （利用电平敏感的always块来设计组合逻辑） //操作码的宏定义 `define plus 3'd0 `define minus 3'd1 `define band 3'd2 `define bor 3'd3 `define unegate 3'd4
module alu(out,opcode,a,b); output [7:0] out; input [2:0] opcode; input [7:0] a,b; reg [7:0] out; always @(opcode or a or b) //用电平敏感的always块描述 //组合逻辑 begin case(opcode) //算术运算 `plus: out=a+b;
[例6]. 8-3编码器的设计实例 编码器设计方案之一： module encoder1(out,in); output [2:0] out; input [7:0] in; reg [2:0] out; always @(in) begin: local integer i; out = 0;
/*returns the value of the highest bit number turned on*/ for( i=0; i<8; i=i+1 ) begin if( in[i] ) begin out = i; end end end endmodule
编码器设计方案之二：
module encoder2 ( none_on, out2, out1, out0, h, g, f, e, d, c, b, a); input h, g, f, e, d, c, b, a; output none_on, out2, out1, out0; wire [3:0] outvec; assign outvec= h? 4'b0111 : g? 4'b0110 : f? 4'b0101: e? 4'b0100 : d? 4'b0011 :c? 4'b0010 : b? 4'b0001: a? 4'b0000 : 4'b1000; assign none_on = outvec[3]; assign out2 = outvec[2]; assign out1 = outvec[1]; assign out0 = outvec[0]; endmodule
verilog hdl应用程序设计实例精讲
verilog hdl应用程序设计实例精讲网上现在有很多关于verilog hdl应用程序设计的资料，但是并没有一个很系统和全面的教程来帮助初学者快速入门。
本文就verilog hdl应用程序设计实例进行了精讲，从基本概念到应用实例一步一步地回答了初学者的问题，帮助大家理解verilog hdl的设计和应用。
一、verilog hdl的基本概念Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于描述数字系统，包括逻辑电路、集成电路等等。
它既可以进行仿真验证，也可以直接生成硬件电路。
简单来说，verilog hdl就是一种用来描述数字系统的语言。
1.1 模块与实例化在verilog hdl中，模块是最基本的设计单元，每个模块包含一个或多个端口和内部逻辑电路。
模块可以包含其他模块，这被称为实例化。
实例化可以理解为创建一个模块的实例，并根据实例进行连接。
1.2 端口和内部信号模块的端口是与其他模块或外部电路连接的接口，可以是输入、输出或双向。
内部信号是模块内部产生和使用的信号，只在模块内部可见。
1.3 组合逻辑与时序逻辑组合逻辑是指只有输入信号改变时才会改变输出信号的逻辑电路，而时序逻辑是指输出信号的改变还受到时钟信号的控制。
在verilog hdl中，可以使用逻辑门、逻辑运算符和条件语句来实现组合逻辑和时序逻辑。
二、verilog hdl应用程序设计实例接下来，我们通过一些实例来展示verilog hdl的应用程序设计。
2.1 4位全加器我们首先来实现一个4位全加器。
全加器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现两个输入和一个进位的相加操作，输出结果和进位。
在verilog hdl 中，可以使用逻辑运算符和条件语句来实现全加器。
2.2 4位加法器我们可以使用四个全加器来实现一个4位加法器。
加法器是用来实现两个二进制数的加法的电路，它能够实现多位的相加操作，输出结果和进位。
2.3 4位计数器计数器是一种能够实现计数功能的电路，它能够根据时钟信号进行计数，并在达到一定数值时输出特定信号。
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阻塞语句在verilog中的应用
阻塞语句，顾名思义，即本条语句具有影响 下一条语句的作用，如果该条语句没有执行 完，那么下条语句不可能进入执行状态的
阻塞语句最能体现verilog HDL和C语言之 间的血缘关系，比如，在时钟沿触发的 always进程里，若先执行b=c，再执行 a=b，那么本质上，在一个时钟沿触发里面， a=c成立，即是说，不要b变量，直接在进 程里赋值a=c，结果是一样的。这和c语言 中b=c,a=b性质相同
hwadee
2019/9/3
7
模块的基本结构说明
<模块名>是模块惟一的标识符； <端口列表>是 由模块的输入、输出和双向端口组成的端口列表， 这些列表用来与其他模块进行连接；
数据类型定义部分用来指定模块内所用的数据对象 为寄存器型、存储器型或连线型；
过程块包括initial过程块和always过程块两种，行 为描述语句只能出现在这两种过程块中；
第一个时钟沿到来，a为0,第二个时钟沿到来,a为1
（注:在一次触发进程里，无论是阻塞和非阻塞语 句，每条语句只能执行一次）
hwadee
2019/9/3
3
阻塞语句与非阻塞语句使用注意事项
阻塞语句是顺序执行的，而非阻塞语句是同 时执行的
大体原则：阻塞语句运用于组合逻辑电路设 计，非阻塞语句运用于时序逻辑电路设计
hwadee
2019/9/3
9
模块的描述方式
Verilog HDL模块代表硬件上的逻辑实体,其 范围可以从简单的门到整个电路系统.
模块可以根据所采用的不同描述方式而分为 行为描述和结构描述两类,也可采用两种方 式的组合。
hwadee
2019/9/3
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Verilog 语言要素
标识符（identifier）
不要在同一个always块里面混合使用“阻 塞赋值”和“非阻塞赋值”
hwadee
2019/9/3
4
Verilog的特点
Verilog易学易用（与C语言相似），功能强大，使 用 广泛。
可以在不同层次描述数字系统
开关级描述 寄存器传输级描述 门级描述
基本设计单元是“模块”（block）包括：
• $time，$stime，$realtime
hwadee
2019/9/3
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常用任务和函数
概率分布函数
• $ramdom[(seed)]
其它
• $setup, $hold, $setuphold, $width, $period, $skew, $recovery, $nochange, $rtoi, $itor, $realtobits, $bitstoreal, $printtimescale, $timeformat等
延时说明块用来对模块各个输入和输出端口间的路 径延时进行说明。
hwadee
2019/9/3
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模块调用
调用模块实例的一般格式: <模块名><参数列表><实例名>(<端
口列表>); Verilog HDL程序是由模块组成的，每个模
块的内容都包含在“Module”和 “endmodule”之间。 每个模块都要进行端口定义，说明输入、 输出端口。
2019/9/3
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Verilog 语言要素
关键字
• Verilog HDL定义了一系列保留字（关键字）。
• 在编写Verilog HDL程序时，变量的定义不要与 关键字冲突。
• 注意只有小写的关键字才是保留字。
注释
在 Verilog HDL里有两种形式的注释：
• //
是单行注释
• /*
用来表示各种变量、参数或构件的名称，可以是任
意一组字母、数字、$符号和_（下划线）符号的组合， 但第一个字符必须是字母或下划线，区分大小写
转义标识符
可以在一条标识符中包含任何可打印字符。转义标识符以
“\”(反斜杠）符号开头，以空白结尾（空白可以是一个空格、一 个制表符或换行符）
hwadee
接口描述 逻辑功能描述
hwadee
2019/9/3
5
Verilog HDL程序基本结构
Verilog的基本设计单元是“模块”（BLOCK） 模块由两部分组成：一部分描述接口，另一部分描
述逻辑功能。 按照模块接口的描述，一个模块可以在另一个模块
中使用；逻辑功能的描述可以使用连续赋值语句 （描述数据流行为）、过程结构（时序行为）、开 关级原语、门级原语和用户定义的原语等方式。
函数在0时刻执行，即不允许延迟，而任务 可以带有延迟。
hwa数
显示任务
• $display，$write，$strobe，$monitor， $monitoron，$monitoroff
模拟控制任务
• $finish， $stop
模拟时间函数
hwadee
2019/9/3
6
模块的基本结构
Module<模块名>(<端口列表>);
端口说明(input,out,inout)
参数定义<可选>
数据类型定义
连续赋值语句(assign)
过程块(initial和always)
行为描述语句
低层模块实例
任务和函数
延时说明块
endmodule
hwadee
2019/9/3
2
非阻塞语句在verilog中的应用
非阻塞语句,顾名思义，本条语句不影响下一条语 句的作用,更能体现硬件电路的特点。这正是非阻 塞语句广泛应用于时序逻辑电路的原因。
如果在一个时钟沿触发的always进程里面， b<=c,a<=b那么就不可能直接在进程里面赋值 a<=c.因为c的值要经过两个时钟延迟才传到a里面， 如果c为1，b为0，a为1的话，那么在在非阻塞语 句的进程里面，
*/
是多行注释
hwadee
2019/9/3
12
格式
Verilog HDL 区分大小写，即大小写的标识 符是不同的。
源程序书写格式自由，可跨越多行编写，也 可在一行内编写。
hwadee
2019/9/3
13
系统任务和函数
以字符开始的标识符表示系统任务或系统函 数。任务提供了一种封装行为的机制。这种 机制$可以在设计的不同部分被调用。任务 可以返回0个或多个值。函数除只能返回一 个值以外与任务相同。