verilog规范,待整理

A verilog的流行,有两方面的原因;
B verilog与VHDL相比的优点
C典型的verilog模块
D verilog语法要点

A) verilog的流行,有两方面的原因:
1它是cadence的模拟器verilog-XL的基础,cadence的广泛流行使得verilog在90年代深入人心;
2它在硅谷获得广泛使用;
B) verilog与VHDL相比的优点
二者的关系仿佛C与FORTRAN,具体而言:
1 verilog的代码效率更高:
 比较明显的对比:
VHDL在描述一个实体时采用entity/architecture模式,
verilog在描述一个实体时只需用一个"module/edumodule"语句块.
此外verilog的高效性还在很多地方体现出来;
2 verilog支持二进制的加减运算:
VHDL在进行二进制的加减运算时使用conv_***函数或者进行其他的定义,总之必须通知编译器;verilog直接用形如"c=a+b"的表示二进制的加减运算;
3综合时可控制性好:
VHDL对信号不加区分地定义为"signal",
而verilog区分为register类型的和wire类型的;
但是也有人支持VHDL,认为verilog和VHDL的关系仿佛C和C++.

C)典型的verilog模块
讨论以下典型电路的verilog描述:
*与非门;
*加法器;  //即全加器
* D触发器;
*计数器; //**分频的counter
* latch;
*时序机;
*RAM;   //用synopsys的
*模块引用;
*预编译;
*与非门的verilog描述如下:
//verilog使用和C语言相同的注释方法
module nd02(a1,a2,zn);//一个verilog模块总是以module开始,以endmodule   结束,nd02是模块名,a1,a2,zn是模块的3个输入输出信号
input a1,a2;  //告诉编译器a1,a2对此模块而言是输入,并且数据类型是"bit"
output zn;  //告诉编译器zn对此模块而言是输出,数据类型也是"bit"
nand  (zn,a1,a2); //我理解nand是运算符,我们不必深究verilog中的正式术语是什
么了吧，总之这种形式表示zn=~(a1 && a2);你一定已经想到类似的运算符还有"not","and","or","nor","xor"了吧;除了"not",括号里的信号数可以任意,例如or (z,f,g,h)表示z=f || g || h,并且延时是3个单位时间，#x表示延时x个单位时间;
endmodule

*加法器的verilog描述如下:
module ad03d1(A,B,CI,S,CO) ;
input [2:0] A,B;  //表示A,B是输入信号,并且是3位矢量,上界是2,下界是0
input CI;
output [2:0] S;
output CO;
assign {CO,S}=A+B+CI;//一对"{"和"}"表示链接,即将CO和S合并成4位矢量
endmodule

*带异步清零端的D触发器的verilog描述如下:
module dfctnb (d,cp,cdn,q,qn);
input d,cp,cdn;
output q,qn;
reg q,qn;    //关键字"reg"表示q和qn是"register"类型的信号;verilog中有两种类型的信号:"register"类型和"wire"类型.你可以简单地把register类型的信号想象为某个D触发器的输出,而wire类型的的信号是组合逻辑的输出.二者的最大区别在于:你可以对register类型的信号进行定时赋值(用wait语句在特定时刻的赋值,详见下面always语句),而对于wire类型的信号则不可.
always wait (cdn==0) //表示每当cdn=0时,将要对D触发器清零,"always"和"wait"嵌套，"wait"和"@"是verilog的两个关键字,表示一旦有某事发生；则执行下面的语句块,"always"有点象C语言中的"if ... then..."，"wait"和"@"的区别:请参考本模块.wait表示本语句块的进程停止,直到"cdn=0"的条件出现才继续；我理解在verilog中,每个最外层语句块都是一个***的进程;"@"(请看下个always语句)也表示本语句块的进程停止,直到后面定义"posedge cp"(即出现cp的上升沿)的事件出现才继续;也许wait和@可以合二为一吧,但至少到目前verilog中wait表示"条件",@表示"事件";具体运用中,wait总是用于类似"wait(xxx=1)"之类的场合,@总是用于类似"@(xxx)"或"@(posedge/negedge xxx)"之类的场合整句话的意思是"每当cdn等于0时,则作以下事情"
begin     //begin...end结构的用法类似于pascal语言
       q=0;
         qn=1;
        wait (cdn==1);
end
always @ (posedge cp)//"@(posedge cp)"中有两个关键字:"@ (x)"表示"每当事件x发
生","posedge x"表示"x的上升沿,"negedge x"表示"x的下降沿"，整句话的意思是"每当cp的上升沿,则作以下事情"
        if (cdn)  //如果cdn=1(意味着清零端无效)
        begin
                 q=d;
                 qn=~q;//"~"表示反相
        end
endmodule

*计数器的verilog描述如下:
module count(in,set,cp,out) ;//此计数器,在cp的上升沿将输入赋给输出,在cp的上升沿使输出加一
input [15:0] in;
input set,cp;
output [15:0] out;
reg [15:0] out;
always @ (posedge set)
 out = in;
always @(posedge cp)
 out = out+1;  //verilog容许一个信号同时出现在等号两端,只要它是reg类型的
endmodule

*latch的描述如下:
always @(clk or d)
    if (clk) q = d;

*时序机的verilog描述如下:
always @(posedge CLK)  //D是下一个状态,Q是当前状态,e1,e2是输入,a,b是输出
Q=D;
always @(Q or othercase) begin //当Q变化或输入e1,e2变化时D要相应变化
D = Q; //note1
a = 0;
b = 0;
......
case(Q)
  q1:begin
   q1 action;
   if(e1)D=d1;
   if(e2)D=d2;
   else D=d3;
   a = 1; //note 2
   end
  q2:begin
   b = 1;
   ......
   end
  default:begin
   a = 0;
   b = 0;
   ......
end
end
---annotations---
note 1:
  This is a custom expression,after reset,D should be equal to Q;
note 2:
  In this state machine,a is only equal to 1 at state q1,in
  other state,a is equal to 0;
* RAM的verilog描述如下:
module ram(din,ain,dout,aout,rd,wr);//这是一个双口RAM,分别有:输入端:输入地址ain;输入数据din;上升沿有效的写信号wr;/输出端:输出地址aout;输出数据dout;高电平有效的读信号rd;
  inout [7:0] din;
  input [7:0] ain,aout;
  input rd,wr;
  output [7:0] dout;
  reg [7:0] memory [0:255];   //请注意这是存储阵列的描述方法,描述了一个共有2
56个字的存储阵列,每个字是8位
  assign dout = rd ? memory[aout] : 8'bz; //"assign"关键字表示并行赋值语句的
开始"?"运算符的作用和在C语言中一样"8'bz"是一个常量,表示一个字节的高阻态,其中8表示长度是8bit,"'"是固定分割符,"b"表示后面的数据是以比特形式给出的,"z"表示高阻;举例:4'ha表示长4bit的数"1010"。类似的还可举出5'b10111,6'o33等等
  always @(posedge wr)
memory[ain] = din;
endmodule
*模块引用
假设在前面(可以是别的模块)定义了module ram(din,ain,dout,aout,rd,wr),则引用此
模块时只需写
ram myram(din_in_map,ain_in_map,dout_in_map,aout_in_map,rd_in_map,wr_in_map)
;
//其中"ram"是所引用的module名,"myram"是你起的instance名,"din_in_map"等等是图中的节点名,和器件(module)中的"din..."进行"虚实结合";
*预编译
类似C语言,只需写
`include "<pathname:filename>",反上撇号"`"是verilog的预编译符,类似C中的"#".

D) verilog语法要点
*基本原则
设计时应该把你的系统划分为计数器,触发器,时序机,组合逻辑等等可综合的单元,对此不同的IC公司和EDA开发商可能根据自己的见解和经验提出不同的要求,并且对verilog程序的细节进行自己的规定,但有一点是对的:即写硬件描述语言不象写C语言那样符合语法就行.单单符合verilog语法的程序可能被拒绝综合,甚至被拒绝模拟;
*最外层可以写什么?
这里所说的最外层是指module语句后的第一层,在这一层可以写这些可执行语句:
assign和nand等定义组合逻辑的语句,
always语句,
模块引用语句,
一些以"$"开头的系统定义语句.
特别注意不可以写if语句.if语句只能放在always内部.
不推荐写wait语句，因为不能综合.
*不可以在多个always语句中对一个信号赋值.

才发现，自己的verilog这么弱。。。。

要好好看综合方面的verilog
准备周末去买书。

先记下来：
1、不使用初始化语句；
2、不使用延时语句；
3、不使用循环次数不确定的语句，如：forever，while等；
4、尽量采用同步方式设计电路；
5、尽量采用行为语句完成设计；
6、always过程块描述组合逻辑，应在敏感信号表中列出所有的输入信号；
7、所有的内部寄存器都应该可以被复位；
8、用户自定义原件（UDP元件）是不能被综合的。

一：基本
Verilog中的变量有线网类型和寄存器类型。线网型变量综合成wire，而寄存器可能综合成WIRE，锁存器和触发器，还有可能被优化掉。

二：verilog语句结构到门级的映射
1、连续性赋值：assign
连续性赋值语句逻辑结构上就是将等式右边的驱动左边的结点。因此连续性赋值的目标结点总是综合成由组合逻辑驱动的结点。Assign语句中的延时综合时都将忽视。

2、过程性赋值：
过程性赋值只出现在always语句中。

阻塞赋值和非阻塞赋值就该赋值本身是没有区别的，只是对后面的语句有不同的影响。

建议设计组合逻辑电路时用阻塞赋值，设计时序电路时用非阻塞赋值。

过程性赋值的赋值对象有可能综合成wire, latch,和flip-flop，取决于具体状况。如，时钟控制下的非阻塞赋值综合成flip-flop。

过程性赋值语句中的任何延时在综合时都将忽略。

建议同一个变量单一地使用阻塞或者非阻塞赋值。

3、逻辑操作符：
逻辑操作符对应于硬件中已有的逻辑门，一些操作符不能被综合：===、!==。

4、算术操作符：
Verilog中将reg视为无符号数，而integer视为有符号数。因此，进行有符号操作时使用integer,使用无符号操作时使用reg。

5、进位：
通常会将进行运算操作的结果比原操作数扩展一位，用来存放进位或者借位。如：
Wire [3:0] A,B;
Wire [4:0] C;
Assign C=A+B;
C的最高位用来存放进位。

6、关系运算符：
关系运算符：<,>,<=,>=
和算术操作符一样，可以进行有符号和无符号运算，取决于数据类型是reg，net还是integer。

7、相等运算符：==，！=
注意：===和！==是不可综合的。
可以进行有符号或无符号操作，取决于数据类型

8、移位运算符：
左移，右移，右边操作数可以是常数或者是变量，二者综合出来的结果不同。

9、部分选择：
部分选择索引必须是常量。

10、BIT选择：
BIT选择中的索引可以用变量，这样将综合成多路（复用）器。
11、敏感表：
Always过程中，所有被读取的数据，即等号右边的变量都要应放在敏感表中，不然，综合时不能正确地映射到所用的门。

12、IF：
如果变量没有在IF语句的每个分支中进行赋值，将会产生latch。如果IF语句中产生了latch，则IF的条件中最好不要用到算术操作。Case语句类似。Case的条款可以是变量。

如果一个变量在同一个IF条件分支中先赎值然后读取，则不会产生latch。如果先读取，后赎值，则会产生latch。

13、循环：
只有for-loop语句是可以综合的。

14、设计时序电路时，建议变量在always语句中赋值，而在该always语句外使用，使综合时能准确地匹配。建议不要使用局部变量。

15、不能在多个always块中对同一个变量赎值

16、函数
函数代表一个组合逻辑，所有内部定义的变量都是临时的，这些变量综合后为wire。

17、任务：
任务可能是组合逻辑或者时序逻辑，取决于何种情况下调用任务。

18、Z：
Z会综合成一个三态门，必须在条件语句中赋值

19、参数化设计：
优点：参数可重载，不需要多次定义模块

四：模块优化
1、资源共享：
当进程涉及到共用ALU时，要考虑资源分配问题。可以共享的操作符主要有：关系操作符、加减乘除操作符。通常乘和加不共用ALU，乘除通常在其内部共用。

2、共用表达式：
如：C=A+B;
    D=G+(A+B);
两者虽然有共用的Ａ＋Ｂ，但是有些综合工具不能识别．可以将第二句改为：D=G+C；这样只需两个加法器．

3、转移代码：
如循环语句中没有发生变化的语句移出循环．

4、避免latch：
两种方法：1、在每一个IF分支中对变量赋值。2、在每一个IF语句中都对变量赋初值。

5：模块：
综合生成的存储器如ROM或RAM不是一种好方法，只是成堆的寄存器，很费资源。最好用库自带的存储器模块。

五、验证：
１、敏感表：
在always语句中，如果敏感表不含时钟，最好将所有的被读取的信号都放在敏感表中。

２、异步复位：
建议不要在异步时对变量读取，即异步复位时，对信号赋以常数值。