北大数字集成电路课件--8_verilog的延时模型
Verilog语言设计增加延时的正确方法
Verilog语言设计增加延时的正确方法在Verilog中，可以采用多种方法来增加延时。
下面是一些常用的方法：1. 使用"#"延时控制符：在Verilog中，可以使用"#"延时控制符指定一个信号在一个特定的时间单位内保持不变。
例如，如果要为一个信号添加10个时间单位的延时，可以使用以下语法：```verilogsignal = 1;```其中，signal是要延时的信号或表达式，10是延时的时间单位。
2. 使用assign语句和延时控制符：可以在assign语句中结合使用延时控制符。
这种方法适用于需要在组合逻辑电路中增加延时的情况。
例如：```verilogassign output = input;```这条assign语句将会在input信号变化之后的10个时间单位内更新output信号。
3.使用延时模块：可以创建一个延时模块，通过简单的计数循环来实现延时。
这种方法适用于需要更复杂的延时行为的情况。
以下是一个示例延时模块的代码：```verilogmodule delay_module input wire clk,input wire enable,input wire [31:0] delay, output wire outputreg [31:0] count;if (enable) beginif (count < delay) begin count <= count + 1;end else begincount <= 0;output <= 1;endend else begincount <= 0;output <= 0;endendendmodule```在这个延时模块中，delay输入信号指定了延时时间。
当enable信号为高电平时，clk时钟的上升沿触发计数器，如果计数器小于给定的延时时间，则继续增加计数器，否则输出信号变为高电平。
Verilog的讲义52页PPT
0
0x
9
9.40ns
9
01
10
10.00ns 10
11
19
19.40ns 19
显示信号值 — $display
• $display输出参数列表中信号的当前值。 语法：$display([“ format_specifiers”,] <argument_ list>)
• $display输出时自动换行。
%m %t
hex octal decimal binary ASCII string strength module time
转义符
\t \n \\
\" \< 1-3 digit octal number> %0d
tab 换行 反斜杠 双引号 上述的ASCII表示 无前导0的十进制数
显示信号值—$write和$strobe
9.53ns
initial
10
01
begin
10 10.00ns 10
11
$display("time realtime20stime19\.t53ns
20
in1 \t o1 ");
10
$timeformat(-9, 2, "ns", 10);
$monitor("%d %t %d \t %b \t %b", $time, $realtime,
• $write与$display相同，不同的是不会自动换行。
$write($time, “%b \t %h \t %d \t %o \t”, sig1, sig2, sig3, sig4);
• $strobe与$display相同，不同的是在仿真时间前进之前的信号值。 而$display和$write立即显示信号值。也就是说$strobe显示稳定状态 信号值，而$display和$write可以显示信号的中间状态值。
《数字集成电路设计》PPT课件
② x和z值 在数字电路中，x代表不定值，z代表高阻值。 例如： 8’b1001xxxx 表示位宽8的二进制数第四位为不定值。
ⅱ. Parameter常数
在Verilog中，用parameter定义一个标识符代表一个常量，称为符 号常量。采用标识符代表一个常量可提高程序的可读性和可维护 性。其定义结构如下：
Verilog HDL程序模块包括模块名、输入输出端口说明、 内部信号说明、逻辑功能定义等几部分。
程序模板如下：
module <模块名>(<输入、输出模块列表>); /*端口描述*/ input <输入端口列表>; output <输出端口列表>;
/*内部信号说明*/ wire //nets型变量 reg //register变量 integer //常数
位运算是对两个操作数相应位进行运算操作数的位数是不变的而缩减运算时针对单个操作数先将操作数的第一位于第二位进行运算再将结果与第三位进行运算以此类推直到最后一位其结果是一个一位二进制数
数字集成电路设计
FPGA结构与设计流程
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵 列，是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，即 解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
wire[n:1] 变量名1，变量名2，……，变量名n；
ⅱ. register型变量
register型变量对应于具有状态保持作用的电路元件，如触发器，锁 存器等。它只有明确地赋值后才能对其他变量赋值，重新赋值前一 直保持原值。在设计中，此类变量必须放在块语句(always语句)中， 通过过程语句赋值。同一个register型变量只能在一个块语句中重复 赋值，而不能同时在多个块语句中重复赋值使用。register型变量包 括reg型和integer型。
verilog的延时赋值语法
Verilog的延时赋值语法1. 延时赋值语法简介在Verilog硬件描述语言中，延时赋值语法是一种用于描述数字电路中信号延时行为的关键语法。
延时赋值语法允许设计者指定信号变化的时间延迟，从而模拟现实世界中电路元件的传播延迟。
通过准确地描述信号之间的延时关系，可以更好地实现电路设计、优化性能和解决时序问题。
2. 延时赋值的基本语法在Verilog中，延时赋值可以通过#符号和一个时间值来实现。
基本的延时赋值语法如下：#<时间值> <变量> = <值>;其中： - <时间值>：表示延时的时间，可以使用数字和时间单位来表示，如1ns表示1纳秒，10us表示10微秒，100ps表示100皮秒等。
- <变量>：表示信号变量，用于接收赋值后的结果。
- <值>：表示要赋给变量的值，可以是一个数字、一个表达式或者是其他信号。
3. 延时赋值的作用和用途延时赋值语法在Verilog中具有重要的作用和用途，主要包括以下几个方面：3.1 时序约束时序约束是指设计中对于信号的变化时间和时序关系的要求。
通过在Verilog代码中使用延时赋值语法，可以对电路中各个信号的变化时间和时序关系进行约束，从而确保电路的正确功能和正常工作。
3.2 电路仿真延时赋值语法对于电路仿真非常重要。
在进行数字电路仿真时，需要考虑信号在电路中的传播延迟，以模拟实际电路的运行情况。
通过使用延时赋值语法，可以在仿真过程中添加合适的延时，使得仿真结果更加准确和可靠。
3.3 时钟域切换在设计复杂的数字电路时，常常涉及到时钟域切换的问题。
不同时钟域的时钟信号在电路中的传播延迟可能存在差异，需要进行合适的时钟域切换处理。
使用延时赋值语法，可以实现时钟域切换的需求，确保电路在不同时钟域之间的正确协作和数据传输。
3.4 优化性能延时赋值语法还能够用于优化电路性能。
通过对电路中关键路径的延时进行调整，可以降低电路的时序问题和功耗，并提高电路的性能指标。
verilog数字系统设计教程PPT课件
• 复杂数字系统的构成； • 基本电路和 Verilog 的对应关系； • 同步有限状态机在电路中的作用； • 时钟树与自动综合技术
数字逻辑电路的构成
- 组合逻辑：输出只是输入逻辑电平的函
数（有延时），与电路的原始状态无关。
• 时序逻辑：输出不只是输入的逻辑电
平的函数，还与电路所处的状态有关。
8 ‘ d 31
8‘d
t
out[15:0]
202
16 ‘ d
16‘ d
t
Sn 开
93
606
t 关
全局时钟网和平衡树结构
触发器1
全局时钟网络 触发器 图1 全局时钟网示意图
缓冲器
触发器n
图2 平衡树结构示意图
避免冒险和竞争
• 由于组合逻辑和布线的延迟引起
a
c
b
a
b
t
c
t
clock
避免冒险和竞争与流水线
t
t
带寄存器的八位数据通路控制器的波形
ControlSwitch
in[7]
out[7]
CLOCK
out[7]
D Q[7]
ControlSwitch
in[0]
out[0]
CLOCK
out[0]
D Q[0]
带寄存器的八位数据通路控制器的Verilog描述
`define ON 1 ‘b 1 `define OFF 1 ‘b 0 wire ControlSwitch; wire clock wire [7:0] out, in;
ControlSwitch in[7]
out[7]
…... …...
in[0]
verilog延迟写法
在Verilog中，延迟语句的写法有两种：
1. 在赋值运算符的左侧延迟：#delay <LHS> = <RHS>;
2. 在赋值运算符的右侧延迟：<LHS> = delay <RHS>;
其中，#delay表示延迟，<LHS>表示左侧操作数，<RHS>表示右侧操作数。
例如，如果要在5个时间单位后将1赋值给变量a，可以使用以下代码：
#5 a = 1;
此外，Verilog还提供了仿真延时语句，使用#n表示延时时间，将该语句加在语句中，延迟n个时间单位。
例如：
#5 C = A + B; //在执行到该语句时，等待5个时间单位，然后计算等号右边的值赋给C。
#5 C <= A + B; //在执行到该语句时，等待5个时间单位，然后将A+B的值赋给C。
需要注意的是，在Verilog中，阻塞赋值和非阻塞赋值的区
别在于赋值时是否会立即更新目标变量的值。
阻塞赋值会立即更新目标变量的值，而非阻塞赋值则会在延迟到期后更新目标变量的值。
因此，在编写Verilog代码时，应根据需要选择合适的赋值方式。
《数字集成电路设计》课件
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
verilog 延时函数
verilog 延时函数Verilog 延时函数Verilog 是一种硬件描述语言，常用于数字电路设计和仿真。
在Verilog 中，延时函数用于模拟电路中的时间延迟。
本文将介绍Verilog 中的延时函数及其使用。
一、什么是延时函数延时函数是一种用于控制电路中信号传输时间的函数。
在数字电路设计中，信号需要一定的时间才能从一个模块传递到另一个模块，而延时函数可以用来模拟这个传输时间。
通过合理使用延时函数，可以更好地评估和优化电路的性能。
二、Verilog 中的延时函数在 Verilog 中，常用的延时函数有两种：`#`延时和`$`延时。
1. `#`延时`#`延时是一种基于时间单位的延时函数，可以用来模拟电路中的传输延时。
其基本语法如下：```#<时间单位> <延时值>;```其中，时间单位可以是纳秒（`ns`）、微秒（`us`）、毫秒（`ms`）或秒（`s`），延时值是一个整数或实数，表示延时的时长。
例如，以下代码表示一个延时为10纳秒的延时函数：```#10 ns;```2. `$`延时`$`延时是一种基于时间量化的延时函数，可以用来模拟电路中的传输延时和执行时间。
其基本语法如下：```$<时间量化> (<延时值>);```其中，时间量化可以是纳秒（`ns`）、微秒（`us`）、毫秒（`ms`）或秒（`s`），延时值是一个整数或实数，表示延时的时长。
例如，以下代码表示一个延时为10纳秒的延时函数：```$10 ns;三、延时函数的使用延时函数可以在模拟仿真中模拟电路的传输延时和执行时间，有助于评估电路的性能和优化设计。
1. 传输延时传输延时是指信号从一个模块传递到另一个模块所需的时间。
延时函数可以用来模拟这个传输延时，以便更好地评估电路的响应时间和稳定性。
例如，以下代码表示一个延时为10纳秒的传输延时：```#10 ns; // 传输延时为10纳秒```2. 执行时间执行时间是指某个操作或任务完成所需的时间。
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模块路径的并行连接和全连接（ 模块路径的并行连接和全连接（specify续） 续
精确延时控制（ 精确延时控制（续）
延时说明定义的是门或模块的固有延时。 延时说明定义的是门或模块的固有延时。输入上的任何变化要经过说明的 固有延时 延时才能在输出端反映出来。如果没有延时说明， 基本单元的延时为 的延时为0。 延时才能在输出端反映出来。如果没有延时说明，则基本单元的延时为 。分 关断延时只对三态基本单元有效 只对三态基本单元有效。 布关断延时只对三态基本单元有效。
(C => Q) = (5, 12, 17, 10, 6, 22, 11, 8, 9, 17, 12, 16);
• 上面所说明的每一个延时还可细分为最好、典型、最坏延时。 上面所说明的每一个延时还可细分为最好、典型、最坏延时。
or #( 3.2:4.0:6.3) o1( out, in1, in2); // min: typ: max not #( 1:2:3, 2:3:5) (o, in); // min: typ: max for rise, fall user_module #(1:2:3, 2:3:4) ( ……）;在Cadence Verilog中还不支持 ）在 中还不支持 (b => y) = (2: 3: 4, 3: 4: 6, 4: 5: 8); // min: typ: max for rise, fall, and turnoff
• 模块路径(module path): 穿过模块，连接模块输入 穿过模块，连接模块输入(input端口或 端口或inout端 模块路径 端口或 端 到模块输出(output端口或 端口或inout端口）的路径。 端口） 口）到模块输出 端口或 端口 的路径。 路径延时(path delay)：与特定路径相关的延时 路径延时 ： PLI：编程语言接口，提供 Verilog数据结构的过程访问。 ：编程语言接口， 数据结构的过程访问。 数据结构的过程访问 时序检查(timing check)：监视两个输入信号的关系并检查的系统任务， 时序检查 ：监视两个输入信号的关系并检查的系统任务， 以保证电路能正确工作。 以保证电路能正确工作。 时序驱动设计(timing driven design)：从前端到后端的完整设计流程中， 时序驱动设计 ：从前端到后端的完整设计流程中， 用时序信息连接不同的设计阶段
Specify块 块
• specify块定义了模块的时序部分 块定义了模块的时序部分
– 时序信息和功能在不同的块中描述，这样功能验证独立于时序验证。specify块在 时序信息和功能在不同的块中描述，这样功能验证独立于时序验证。 块在 不同的抽象级中保持不变。 不同的抽象级中保持不变。 – 设计的功能描述中的延时，如#delay在综合时不起作用 设计的功能描述中的延时， 在综合时不起作用
• 在路径延时中可以说明六个延时值(0 →1, 1 →0, 0 →Z, Z →1, 1 →Z, Z →0) 在路径延时中可以说明六个延时值
(C => Q) = (5, 12, 17, 10, 6, 22);
• 在路径延时中说明所有 个延时值(0 →1, 1 →0, 0 →Z, Z →1, 1 →Z, Z →0, 在路径延时中说明所有12个延时值 个延时值 0 →X, X →1, 1 →X, X →0, X →Z, Z →X)
例中各路径延时为： 例中各路径延时为： A -> Out is 2 ns B -> Out is 3 ns C -> Out is 1 ns
路径必须括 在圆括号内
结构描述的零延时反馈(Loop) 结构描述的零延时反馈
• 当事件队列中所有事件结束时仿真前进一个时片。在某种零延时反馈情况下， 当事件队列中所有事件结束时仿真前进一个时片。在某种零延时反馈情况下， 新事件在同一时片不断的加入，致使仿真停滞在那个时片。 新事件在同一时片不断的加入，致使仿真停滞在那个时片。 • 若在结构描述中出现从输出到输入的零反馈情况，多数仿真器会检测到这个 若在结构描述中出现从输出到输入的零反馈情况， 反馈并产生错误信息。 对这种情况会提出警告。 反馈并产生错误信息。Verilog的lint checker对这种情况会提出警告。 的 对这种情况会提出警告 • 解决这个问题的方法是在电路中加入分布延时。路径延时不能解决零延时振 解决这个问题的方法是在电路中加入分布延时。 荡问题，因为输出信号在反馈前不会离开模块。 荡问题，因为输出信号在反馈前不会离开模块。
这种描述方法描述的不同路径的 延时。例中各路径延时为： 延时。例中各路径延时为： A -> Out is 3 ns `timescale 1ns/ 1ns module noror( Out, A, B, C); output Out; input A, B, C; nor #2 n1 (net1, A, B); or #1 o1 (Out, C, net1); endmodule B -> Out is 3 ns C -> Out is 1 ns
(a, b => q, qb) = 15; 等价于： 等价于： (a => q) = 15; (b => qb) = 15;
(a, b *> q, qb) = 15; 等价于： (a => q) = 15; (b => q) = 15; (a => qb) = 15; (b => qb) = 15;
– 描述穿过模块的路径及其延时
– 描述时序检查以保证器件的时序约束能够得到满足 – 定义特定模块或特定模块路径的时钟过滤限制
模块路径的并行连接和全连接（ 模块路径的并行连接和全连接（specify续） 续
• *>表示全连接，也就是所有输入连接到所有输出 表示全连接， 表示全连接 • =>表示并行连接，也就是信号对之间的连接 表示并行连接， 表示并行连接
•
分布延时(Distributed Delays) 分布延时
•
– –
分布延时方法是将延时分散到每一个门。在相同的输出端上， 分布延时方法是将延时分散到每一个门。在相同的输出端上，不同 的路径有不同的延时。分布延时有两个缺点： 的路径有不同的延时。分布延时有两个缺点：
在结构描述中随规模的增大而变得异常复杂。 在结构描述中随规模的增大而变得异常复杂。 仍然不能描述基本单元(primitive)中不同引脚上的不同延时。 仍然不能描述基本单元 中不同引脚上的不同延时。 中不同引脚上的不同延时
• • • • 上升延时是输出转换为1时的延时 上升延时是输出转换为 时的延时 下降延时是输出转换为0时的延时 下降延时是输出转换为 时的延时 关断延时输出转换为三态时的延时 到X的转换延时是最小延时，而从 到其它值的转换使用最坏延时 的转换延时是最小延时， 的转换延时是最小延时 而从X到其它值的转换使用最坏延时 – 如果说明了上升、下降和关断延时，则1->X的转换延时使用上升和关断延 如果说明了上升、下降和关断延时， 的转换延时使用上升和关断延 时的最小值。 的延时为下降延时； 的转换为关断延时。 时的最小值。X->0的延时为下降延时；X->Z的转换为关断延时。 的延时为下降延时 的转换为关断延时 – 如果只说明了上升和下降延时，则1->X和X->0使用下降延时，X->Z使用上 如果只说明了上升和下降延时， 使用下降延时， 和 使用下降延时 使用上 升和下降延时的最小延时 – 如果只说明了一个延时，则所有转换使用这个延时。 如果只说明了一个延时，则所有转换使用这个延时。 – 如果说明了六个延时，则1->X使用 如果说明了六个延时， 使用1->X和1->Z中最小延时；X->0使用 中最小延时； 使用1->0 使用 和 中最小延时 使用 的最大延时； 使用1->Z和0->Z中的最大延时。 中的最大延时。 和X->0的最大延时；X->Z使用 的最大延时 使用 和 中的最大延时
模块路径延时(Module Path Delays) 模块路径延时
• 在专用的 在专用的specify块描述模块从输入端到输出端的路径延时。 块描述模块从输入端到输出端的路径延时。 块描述模块从输入端到输出端的路径延时
– 精确性：所有路径延时都能精确说明。 精确性：所有路径延时都能精确说明。 – 模块性：时序与功能分开说明 模块性：
块延时(Lumped Delay) 块延时
• 块延时方法是将全部延时集中到最后一个门上。 块延时方法是将全部延时集中到最后一个门上。这种模型简单但不 够精确，只适用于简单电路。 够精确，只适用于简单电路。因为当到输出端有多个路径时不能描 述不同路径的不同延时。 述不同路径的不同延时。 可以用这种方法描述器件的传输延时， 可以用这种方法描述器件的传输延时，并且使用最坏情况下的延时 (最大延时）。 最大延时）。 最大延时
module noror( O, A, B, C); output O; input A, B, C; nor n1 (net1, A, B); or o1 (O, C, net1); specify (A => O) = 2; (B => O) = 3; (C => O) = 1 endspecify endmodule
精确延时控制
在Verilog中，可以： 中 可以：
• 说明门和模块路径的上升 说明门和模块路径的上升(rise)、下降(fall)和关断 、下降 和关断(turn-off)延时 和关断 延时
and #(2,3) (out, in1, in2, in3); // rise, fall bufif0 #( 3,3,7) (out, in, ctrl); // rise, fall, turn- off (in => out) = (1, 2); // rise, fall (a => b) = (5, 4, 7); // rise, fall, turn- off