第14章.使用Verilog HDL进行逻辑综合
EDA技术与Verilog_HDL
1.7 EDA技术的优势
（1）大大降低设计成本，缩短设计周期。 （2）有各类库的支持。 （3）极大地简化了设计文档的管理。 （4）日益强大的逻辑设计仿真测试技术。 （5）设计者拥有完全的自主权，再无受制于人之虞。 （6）软件平台支持任何标准化的设计语言；良好的可移植与可测试性， 为系统开发提供了可靠的保证。 （7）能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。 （8）在系统板设计结束后仍可利用计算机对硬件系统进行完整的测试。
Altera 的 SignalTap II Xilinx 的 ChipScope
3.6 FPGA/CPLD产品概述
3.6.1 Lattice公司的CPLD器件系列 1. ispLSI系列器件 2. MACHXO系列 3. MACH4000系列 4. LatticeSC FPGA系列 5. LatticeECP3 FPGA系列
第3章 FPGA/CPLD结构与应用
3.1 概 述
3.1 概 述
3.1.1 可编程逻辑器件的发展历程
（1）20世纪70年代，熔丝编程的PROM和PLA器件是最早的可编程逻辑 器件。 （2）20世纪70年代末，对PLA进行了改进，AMD公司推出PAL器件。 （3）20世纪80年代初，Lattice发明电可擦写的，比PAL使用更灵活的 GAL器件。 （4）20世纪80年代中期，Xilinx公司提出现场可编程概念，生产出了世 界上第一片FPGA器件。同期，A1tera公司推出EPLD器件，较GAL器件 有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除。 （5）20世纪80年代末，Lattice公司又提出在系统可编程技术，并且推出 了一系列具备在系统可编程能力的CPLD器件，将可编程逻辑器件的性能 和应用技术推向了一个全新的高度。 （6）进入20世纪90年代后，可编程逻辑集成电路技术进入飞速发展时期。 器件的可用逻辑门数超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模块（如加法 器、乘法器、RAM、CPU核、DSP核、PLL等）的SOPC。
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
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电 路 图 设 计 文 件
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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
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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。
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第一讲 Verilog HDL简介
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Verilog HDL 的发展历史
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第一讲 Verilog HDL简介
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常用硬件描述语言比较
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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
Verilog HDL优点
Verilog HDL优点1.能够在多个层次上对所设计的系统加以描述，从开关级、门级、寄存器传输级（RTL）到行为级等；语言不对设计的规模施加任何限制。
2.可采用行为描述、数据流描述和结构化描述三种不同方式或混合方式对设计建模。
3.具有两种数据类型；线网数据类型和寄存器数据类型。
Verilog HDL描述风格结构描述；描述设计单元的硬件结构。
数据流描述；类似寄存器传输级的方式描述数据的传输变换。
行为描述只、混合描述SOPC优势1.合理的性能组合2.提升系统的性能3.降低系统的成本4.更好满足产品生命周期的要求。
步骤1.创建一个Quartus 2工程；2.创建Nios系统模块；启动SOPC Builder；添加CPU及外围器件；指定基地址；系统设置；生成系统模块。
3.将图标添加到BDF文件中。
4.编辑Quartus 2的工程设计文件。
5.配置FPGA;启动Nios 2 IDE；建立新的软件工程；编译工程；运行工程；调试工程；将程序下载到FLASH中。
EDA仿真步骤1.分析系统设计要求和设计思想2.了解各种输出信号及2.要求3.估计各种输出的期望值4.进行实际仿真及结果3.分析5.仿真改进与完善Synplify Pro步骤1.新建工程或打开工程2.新建源工程并添加到工程3.选择工程实现设置4.选择所需研究的工程并进行逻辑综合5.查看有关逻辑综合结果ModelSim SE 6.0步骤1.新建或打开工程2.新建源程序并添加到工程3.编译源程序4.加载设计单元5.建立仿真波形6.运行仿真并观察结果。
10进制计数器posedge上升negedge下降module cnt10(clk,clr,ena,cq,co);input clk,clr,ena;output [3:0] cq;output co;reg [3:0] cnt;reg co;always @(posedge clk or posedge clr) beginif (clr)cnt<=4’b0;elseif (ena)if (cnt==4’h9)cnt<=4’h0elsecnt<=cnt+1;endassign cq=cnt;//控制进位输出并去毛刺always @(posedge clk)beginif (cnt==4’h9)co=4’h1;elseco=4’h0;endendmoduie 测试module cnt10_tb();reg clk,clr,ena;wire [3:0]cq;wire co;cnt10 ut1(clk,clr,ena,cq,co); initial$monitor($time,”clk=%b,clr=%b, cq=%b,co=%b”, clk,clr,ena,cq,co); initialbeginclk=0;clr=1;ena=0;#20 clr=0;经过20后变0#30 ena=1;经过20+30后变1 endinitialbeginforever#10 clk=~clk;endinitial #2000 $finish; endmodule4位阻塞module reg4_bpa(qout,clk,reset,din); output [3:0] qout;input clk,reset;input din;reg [3:0] qout;always @(posedge clk or posedge reset)if (reset)qout=4’b0000;elsebeginqout[0]=din;qout[1]=qout[0];qout[2]=qout[1];qout[3]=qout[2];endendmodule 四选一信号module mu14_1a(y,s,x);output y;input [1:0]s;input[3:0]x;reg y;always @(s or x)begincase (s)2’b00: y=x[0];2’b01: y=x[1];2’b10: y=x[2];2’b11: y=x[3];default: y=1’b0;endcaseend8位加法器module adder4b(a4,b4,c4,s4,co4); input [3:0] a4,b4;input c4;output [3:0] s4;output co4;assign {co4,s4}=a4+b4+c4; endmodulemoduie adder8b(a8,b8,c8,s8,co8); input [7:0] a8,b8;input c8;output [7:0] s8;output co8;wire sc;adder4b u1(.a4(a8[3:0]),.b4(b8[3:0]), .c4(c8),.s4(s8[3:0]),.co4(sc));adder4b u2(.a4(a8[7:4]),.b4(b8[7:4]),.c4(sc),.s4(s8[7:4]),.co4(co8)); endmodule32位锁存器module reg32b(load,dim,dout);input load;input[31:0]din;output[31:0];wire load;wire[31:0] din;reg [3:0] dout;always @(posedge load)begindout=din;endendmodule20分频器module jydiv(clk_in,reset,clk_out);input clk_in,reset;output clk_out;reg [4:0] cnt;reg clk_out;parameter divide_period+20;always @(posedge clk_in or posedge reset) beginif (reset)begincnt<=0;clk_out<=1’b0;endelse If(cnt<(divide_period/2))beginclk_out<=1’b0;cnt<=cnt+1;endelse if (cnt,(divide_period_1))beginclk_out<=1’b0;cnt<=cnt+1;endelsecnt<=1’b0;endendmodule 测频控制信号发生器module testctl(clk,tsten,clr_cnt,load);input clk;output tsten,clr_cnt,load;reg div2clk,clr_cnt;always @(posedge clk)begindiv2clk<=~div2clk;endassign load=~div2clk;assign tsten=div2clk;always @(clk or div2clk)beginif(~div2clk)if(~clk) clr_cnt<=1;else clr_cnt<=0;elseclr_cnt<=0;endendmodule。
Verilog_HDL复杂数字系统设计-2_[1]...
![Verilog_HDL复杂数字系统设计-2_[1]...](https://img.taocdn.com/s3/m/3f4f2f7ba26925c52cc5bff2.png)
2013-8-4
南通大学电子信息学院
7
1.3复杂数字系统的设计方法
1.3.1 复杂数字逻辑系统
• 嵌入式微处理机系统
• 数字信号处理系统 • 高速并行计算逻辑
• 高速通信协议电路
• 高速编码/解码、加密/解密电路 • 复杂的多功能智能接口
• 门逻辑总数超过几万门达到几百甚至达几千万门的数
字系统
2013-8-4 南通大学电子信息学院 8
1990 Verilog HDL 公开发表
1995 Verilog IEEE1364 标准公开发表
1990有关Verilog HDL的 全部权利都移交给OVI(Open Verilog International)组织
2013-8-4 南通大学电子信息学院 6
1.2.3 Verilog HDL的优点
2013-8-4
南通大学电子信息学院
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例2-2b 4选1多路选择器
module mux4_to_1 (out, i0, i1, i2, i3, s1, s0); output out; input i0, i1, i2, i3; input s1, s0; wire s1n, s0n; wire y0, y1, y2, y3; not not0(s1n, s1); not not1(s0n, s0); and and0(y0, i0, s1n, s0n); and and1(y1, i1, s1n, s0); and and2(y2, i2, s1, s0n); and and3(y3, i3, s1, s0); or or0(out, y0, y1, y2, y3); endmodule
2013-8-4 南通大学电子信息学院 3
Verilog HDL数字设计教程(贺敬凯)第1章
路网表。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
波形图输入方法则是将待设计的电路看成是一个黑盒子，
只需告诉EDA工具该黑盒子电路的输入和输出时序波形图，
EDA工具就可以完成黑盒子电路的设计。 原理图输入方法是一种类似于传统电子设计方法的原理 图编辑输入方式，即在EDA软件的图形编辑界面上绘制能完 成特定功能的电路原理图。原理图由逻辑器件(符号)和连接
理图和信号的连接表，如果是一个大的系统，将是一大摞图
纸，以后系统若出现问题，查找、修改起来都很麻烦。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
上述过程是从底层开始，或在已有的功能模块的基础上 来搭建高层次的模块直至整个系统的。因此这种传统的电子 系统的设计过程是一种自底向上(Bottom-Up)的设计，设计 过程必须从存在的基本单元模块出发，基本单元模块必须是 已经设计成熟的标准单元模块或其他项目已开发好的单元模 块。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
本书所有设计最终的实现目标主要定位于FPGA，因此下
面重点介绍FPGA的开发流程。FPGA的EDA开发流程如图1-3
所示。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
图1-3 FPGA的EDA开发流程
第1章 Verilog HDL数字设计综述
从图1-3可以看出，FPGA的开发流程与图1-2所示的用 EDA工具设计数字系统的流程基本相同，都需要设计输入、 功能仿真、逻辑综合、布局布线(适配)、时序仿真、物理实 现等几个步骤。下面将分别介绍主要设计模块的功能特点。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
1. 设计输入 在EDA软件平台上开发FPGA/CPLD时，首先要将电路系 统以一定的表达方式输入计算机。通常，EDA工具的设计输 入可分为以下两种类型：
EDA应用技术 硬件描述语言Verilog HDL
第3章硬件描述语言Verilog HDL EDA应用技术EDA应用技术3.1 引言3.1 引言内容概要3.1 引言 3.1 引言3.1 引言形式化地表示电路的行为和结构；3.2 Verilog HDL基本结构内容概要3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构[例3.2.5¾Verilog HDLendmodule声明语句中。
模块是可以进行层次嵌套的。
3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构Verilog3.2 Verilog HDL基本结构 3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构Verilog3.2 Verilog HDL基本结构3.2 Verilog HDL基本结构HDL语言描述的“东西”都通过其名字来识别，3.2 Verilog HDL基本结构六、编写Verilog3.2 Verilog HDL基本结构1语汇代码的编写标准3.2 Verilog HDL基本结构1语汇代码的编写标准（续）3.2 Verilog HDL基本结构2综合代码的编写标准3.2 Verilog HDL基本结构（6）描述组合逻辑的always块，一定不能有不完全赋值，即所有输出变2综合代码的编写标准（续1）3.2 Verilog HDL基本结构（10）避免生成不想要的触发器。
2综合代码的编写标准（续2）3.2 Verilog HDL基本结构2综合代码的编写标准（续3）3.2 Verilog HDL基本结构2综合代码的编写标准（续4）3.3 数据类型及常量、变量内容概要3.3 数据类型及常量、变量一、数据类型3.3 数据类型及常量、变量（1）3.3 数据类型及常量、变量8’b1001xxxx8’b1010zzzz3.3 数据类型及常量、变量（3）3.3 数据类型及常量、变量3.3 数据类型及常量、变量（4）parameter常量（符号常量）3.3 数据类型及常量、变量 3.3 数据类型及常量、变量：利用特殊符号“#”3.3 数据类型及常量、变量3.3 数据类型及常量、变量三、变量1. nets型变量定义——输出始终随输入的变化而变化的变量。
Verilog语言详解
第三章 Cadence仿真器
学习内容
逻辑仿真算法 如何启动Verilog-XL和NC Verilog仿真器 如何显示波形
仿真算法
主要有三种仿真算法
基于时间的(SPICE仿真器) 基于事件的(Verilog-XL和NC Verilog仿真器) 基于周期的(cycle)
仿真算法
基于时间的算法用于处理连续的时间及变量
课程内容(三)
• 逻辑综合的介绍
– – – – – 简介 设计对象 静态时序分析 (STA) design analyzer环境 可综合的HDL编码风格
• 可综合的Verilog HDL
– Verilog HDL中的一些窍门 – Designware库 – 综合划分
•
实验 (1)
课程内容(四)
• 设计约束（ Constraint）
Verilog HDL是在1983年由GDA(GateWay Design Automation)公司的Phil Moorby所创。Phi Moorby 后来成为Verilog-XL的主要设计者和Cadence公司的第一个合伙人。
在1984~1985年间，Moorby设计出了第一个Verilog-XL的仿真器。
Verilog还有一定的晶体管级描述能力及算法级描述能力
行为级和RTL级
MUX的行为可以描述为：只要信号a或b或sel发生变化，如果sel为0则选择a输出；否则选择 b输出。
module muxtwo (out, a, b, sel); input a, b, sel; output out; reg out; always @( sel or a or b) if (! sel) out = a; else out = b; 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。
Verilog-HDL基础知识
Verilog-HDL基础知识第⼆章 Verilog-HDL基础知识1.Verilog-HDL概述1.1 什么是硬件描述语⾔（HDL）HDL：Hardware Description Language硬件描述语⾔HDL是⼀种⽤形式化⽅法描述数字电路和系统的语⾔，可以描述硬件电路的功能、信号连接关系和定时关系。
1.2 使⽤HDL的优点电路的逻辑功能容易理解；便于计算机对逻辑进⾏分析处理；把逻辑设计与具体电路的实现分成两个独⽴的阶段来操作；逻辑设计与实现的⼯艺⽆关；逻辑设计的资源积累可以重复利⽤；可以由多⼈共同更好更快地设计⾮常复杂的逻辑电路（⼏⼗万门以上的逻辑系统）。
1.3 Top_Down设计思想1.4 Verilog-HDL简介1.4.1 Verilog HDL的发展1.4.2 Verilog-HDL与VHDL的⽐较☆ VHDL－VHSIC Hardware Description Language。
VHDL于 1987年成为IEEE标准。
☆ Verilog-HDL简单易学，语法⽐较灵活。
VHDL语法严谨，需要较长的时间学会。
☆ Verilog-HDL在系统抽象⽅⾯⽐VHDL略差，但在门级开关电路描述⽅⾯⽐VHDL强。
1.4.3 Verilog-HDL 的应⽤ASIC和FPGA设计师可⽤它来编写可综合的代码。
描述系统的结构，做⾼层次的仿真。
验证⼯程师编写各种层次的测试模块对具体电路设计⼯程师所设计的模块进⾏全⾯细致的验证。
库模型的设计：可以⽤于描述ASIC 和FPGA的基本单元（Cell）部件，也可以描述复杂的宏单元（Macro Cell）。
1.4.4 Verilog-HDL的抽象级别⽤Verilog-HDL描述的电路设计就是该电路的Verilog HDL模型，这些模型可以是实际电路的不同级别的抽象，这些抽象的级别和它们对应的模型类型共有以下五种：?系统级(system): ⽤⾼级语⾔结构实现设计模块的外部性能的模型。
EDA技术与VerilogHDL第二版课程设计
EDA技术与VerilogHDL第二版课程设计1. 背景介绍EDA（Electronic Design Automation）技术旨在提高电子设计过程的效率和质量，主要应用于芯片设计、电路仿真、板级设计等领域。
VerilogHDL（Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路设计和验证。
本课程设计旨在结合EDA技术和VerilogHDL语言，探究数字电路设计的相关技术和应用，以提高学生的实际动手能力和创新思维。
2. 课程目标本课程设计主要目标如下：1.掌握EDA工具的基本使用方法，包括电路仿真、布局布线、逻辑合成等。
2.掌握VerilogHDL语言的基本语法和模块设计思路，能够按照需求设计并验证一定规模的数字电路。
3.培养学生的团队协作能力和创新精神，提高学生的实际动手能力和解决问题的能力。
3. 课程内容本课程设计包括以下部分：3.1 EDA技术基础1.EDA技术概述：EDA的发展历史、EDA的应用领域、EDA的优势和挑战。
2.电路仿真：SPICE仿真原理、电路仿真软件使用、仿真结果分析。
3.布局布线：布局设计原理、布局规则、布线设计原理。
4.逻辑合成：综合原理、逻辑综合软件使用、综合结果分析。
5.实例案例：基于EDA工具的数字电路设计实例。
3.2 VerilogHDL语言基础1.VerilogHDL语言概述：VerilogHDL的应用领域、基本语法和模块设计思路。
2.基础语法：数据类型、运算符、模块、端口等。
3.状态机设计：状态机的设计思路、状态转换、状态变量、状态流图等。
4.存储器设计：存储器的基本组成、同步存储器和异步存储器的设计思路、设计实例等。
5.实例案例：基于VerilogHDL语言的数字电路设计实例。
3.3 课程设计总体介绍1.课程设计题目介绍：根据实际需求设计一定规模的数字电路，要求结合EDA技术和VerilogHDL语言，并具有一定的创新性。