Verilog語(yǔ)言要素
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Verilog HDL 中的標(biāo)識(shí)符 (identifier) 可以是任意一組字母、數(shù)字、 $ 符號(hào)和 _( 下劃線 ) 符號(hào)的組合，但標(biāo)識(shí)符的第一個(gè)字符必須是字母或者下劃線。另外，標(biāo)識(shí)符是區(qū)分大小寫(xiě)的。以下是標(biāo)識(shí)符的幾個(gè)例子：
Count
COUNT // 與 Count 不同。
_R1_D2
R56_68
FIVE$
轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符 (escaped identifier ) 可以在一條標(biāo)識(shí)符中包含任何可打印字符。轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符以 ( 反斜線 ) 符號(hào)開(kāi)頭，以空白結(jié)尾（空白可以是一個(gè)空格、一個(gè)制表字符或換行符）。下面例舉了幾個(gè)轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符：
7400
.*.$
{******}
~Q
OutGate 與 OutGate 相同。
最后這個(gè)例子解釋了在一條轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符中，反斜線和結(jié)束空格并不是轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符的一部分。也就是說(shuō)，標(biāo)識(shí)符 OutGate 和標(biāo)識(shí)符 OutGate 恒等。
Verilog HDL 定義了一系列保留字，叫做關(guān)鍵詞，它僅用于某些上下文中。 附錄 A 列出了語(yǔ)言中的所有保留字。注意只有小寫(xiě)的關(guān)鍵詞才是保留字。例如，標(biāo)識(shí)符 always( 這是個(gè)關(guān)鍵詞 ) 與標(biāo)識(shí)符 ALWAYS( 非關(guān)鍵詞 ) 是不同的。
另外，轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符與關(guān)鍵詞并不完全相同。標(biāo)識(shí)符 initial 與標(biāo)識(shí)符 initial （這是個(gè)關(guān)鍵詞）不同。注意這一約定與那些轉(zhuǎn)義標(biāo)識(shí)符不同。
注釋
在 Verilog HDL 中有兩種形式的注釋。
/* 第一種形式 : 可以擴(kuò)展至
多行 */
// 第二種形式 : 在本行結(jié)束。
格式
Verilog HDL 區(qū)分大小寫(xiě)。也就是說(shuō)大小寫(xiě)不同的標(biāo)識(shí)符是不同的。此外， Verilog HDL 是自由格式的，即結(jié)構(gòu)可以跨越多行編寫(xiě)，也可以在一行內(nèi)編寫(xiě)。白空（新行、制表符和空格）沒(méi)有特殊意義。下面通過(guò)實(shí)例解釋說(shuō)明。
initial begin Top = 3' b001; #2 Top = 3' b011; end
和下面的指令一樣 :
initial
begin
Top = 3' b001;
#2 Top = 3' b011;
end
系統(tǒng)任務(wù)和函數(shù)
以 $ 字符開(kāi)始的標(biāo)識(shí)符表示系統(tǒng)任務(wù)或系統(tǒng)函數(shù)。任務(wù)提供了一種封裝行為的機(jī)制。這種機(jī)制可在設(shè)計(jì)的不同部分被調(diào)用。任務(wù)可以返回 0 個(gè)或多個(gè)值。函數(shù)除只能返回一個(gè)值以外與任務(wù)相同。此外，函數(shù)在 0 時(shí)刻執(zhí)行，即不允許延遲，而任務(wù)可以帶有延遲。
$display (Hi, you have reached LT today);
/* $display 系統(tǒng)任務(wù)在新的一行中顯示。 */
$time
// 該系統(tǒng)任務(wù)返回當(dāng)前的模擬時(shí)間。
系統(tǒng)任務(wù)和系統(tǒng)函數(shù)在第 10 章中詳細(xì)講解。
編譯指令
以 ` （反引號(hào)）開(kāi)始的某些標(biāo)識(shí)符是編譯器指令。在 Verilog 語(yǔ)言編譯時(shí)，特定的編譯器指令在整個(gè)編譯過(guò)程中有效（編譯過(guò)程可跨越多個(gè)文件），直到遇到其它的不同編譯程序指令。完整的標(biāo)準(zhǔn)編譯器指令如下 :
* `define, `undef
* `ifdef, `else, `endif
* `default_nettype
* `include
* `resetall
* `timescale
* `unconnected_drive, `nounconnected_drive
* `celldefine, `endcelldefine
define 和 `undef
`define 指令用于文本替換，它很像 C 語(yǔ)言中的 #define 指令，如 :
`define MAX_BUS_SIZE 32
. . .
reg [ `MAX_BUS_SIZE - 1:0 ] AddReg;
一旦 `define 指令被編譯，其在整個(gè)編譯過(guò)程中都有效。例如，通過(guò)另一個(gè)文件中的 `define 指令， MAX_BUS_SIZE 能被多個(gè)文件使用。
`undef 指令取消前面定義的宏。例如 :
`define WORD 16 // 建立一個(gè)文本宏替代。
. . .
wire [ `WORD : 1] Bus;
. . .
`undef WORD
// 在 `undef 編譯指令后 , WORD 的宏定義不再有效 .
ifdef 、 `else 和 `endif
這些編譯指令用于條件編譯，如下所示：
`ifdef WINDOWS
parameter WORD_SIZE = 16
`else
parameter WORD_SIZE = 32
`endif
在編譯過(guò)程中，如果已定義了名字為 WINDOWS 的文本宏，就選擇第一種參數(shù)聲明，否則選擇第二種參數(shù)說(shuō)明。
`else 程序指令對(duì)于 `ifdef 指令是可選的。
default_nettype
該指令用于為隱式線網(wǎng)指定線網(wǎng)類(lèi)型。也就是將那些沒(méi)有被說(shuō)明的連線定義線網(wǎng)類(lèi)型。
`default_nettype wand
該實(shí)例定義的缺省的線網(wǎng)為線與類(lèi)型。因此，如果在此指令后面的任何模塊中沒(méi)有說(shuō)明的連線，那么該線網(wǎng)被假定為線與類(lèi)型。
include
`include 編譯器指令用于嵌入內(nèi)嵌文件的內(nèi)容。文件既可以用相對(duì)路徑名定義，也可以用全路徑名定義 , 例如 :
`include . . / . . /primitives.v
編譯時(shí)，這一行由文件 “../../primitives.v” 的內(nèi)容替代。
resetall
該編譯器指令將所有的編譯指令重新設(shè)置為缺省值。
`resetall
例如，該指令使得缺省連線類(lèi)型為線網(wǎng)類(lèi)型。
timescale
在 Verilog HDL 模型中，所有時(shí)延都用單位時(shí)間表述。使用 `timescale 編譯器指令將時(shí)間單位與實(shí)際時(shí)間相關(guān)聯(lián)。該指令用于定義時(shí)延的單位和時(shí)延精度。 `timescale 編譯器指令格式為：
`timescale time_unit / time_precision
time_unit 和 time_precision 由值 1 、 10 、和 100 以及單位 s 、 ms 、 us 、 ns 、 ps 和 fs 組成。例如：
`timescale 1ns/100ps
表示時(shí)延單位為 1ns, 時(shí)延精度為 100ps 。 `timescale 編譯器指令在模塊說(shuō)明外部出現(xiàn) , 并且影響后面所有的時(shí)延值。例如 :
`timescale 1ns/ 100ps
module AndFunc (Z, A, B);
output Z;
input A, B;
and # (5.22, 6.17 ) Al (Z, A, B);
// 規(guī)定了上升及下降時(shí)延值。
endmodule
編譯器指令定義時(shí)延以 ns 為單位，并且時(shí)延精度為 1/10 ns （ 100 ps ）。因此，時(shí)延值 5.22 對(duì)應(yīng) 5.2 ns, 時(shí)延 6.17 對(duì)應(yīng) 6.2 ns 。如果用如下的 `timescale 程序指令代替上例中的編譯器指令 ,
`timescale 10ns/1ns
那么 5.22 對(duì)應(yīng) 52ns, 6.17 對(duì)應(yīng) 62ns 。
在編譯過(guò)程中， `timescale 指令影響這一編譯器指令后面所有模塊中的時(shí)延值，直至遇到另一個(gè) `timescale 指令或 `resetall 指令。當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)中的多個(gè)模塊帶有自身的 `timescale 編譯指令時(shí)將發(fā)生什么？在這種情況下，模擬器總是定位在所有模塊的最小時(shí)延精度上，并且所有時(shí)延都相應(yīng)地?fù)Q算為最小時(shí)延精度。例如，
`timescale 1ns/ 100ps
module AndFunc (Z, A, B);
output Z;
input A, B;
and # (5.22, 6.17 ) Al (Z, A, B);
endmodule
`timescale 10ns/ 1ns
module TB;
reg PutA, PutB;
wire GetO;
initial
begin
PutA = 0;
PutB = 0;
#5.21 PutB = 1;
#10.4 PutA = 1;
#15 PutB = 0;
end
AndFunc AF1(GetO, PutA, PutB);
endmodule
在這個(gè)例子中，每個(gè)模塊都有自身的 `timescale 編譯器指令。 `timescale 編譯器指令第一次應(yīng)用于時(shí)延。因此，在第一個(gè)模塊中， 5.22 對(duì)應(yīng) 5.2 ns, 6.17 對(duì)應(yīng) 6.2 ns; 在第二個(gè)模塊中 5.21 對(duì)應(yīng) 52 ns, 10.4 對(duì)應(yīng) 104 ns, 15 對(duì)應(yīng) 150 ns 。如果仿真模塊 TB ，設(shè)計(jì)中的所有模塊最小時(shí)間精度為 100 ps 。因此，所有延遲（特別是模塊 TB 中的延遲）將換算成精度為 100 ps 。延遲 52 ns 現(xiàn)在對(duì)應(yīng) 520*100 ps ， 104 對(duì)應(yīng) 1040*100 ps ， 150 對(duì)應(yīng) 1500*100 ps 。更重要的是，仿真使用 100 ps 為時(shí)間精度。如果仿真模塊 AndFunc ，由于模塊 TB 不是模塊 AddFunc 的子模塊，模塊 TB 中的 `timescale 程序指令將不再有效。
unconnected_drive 和 `nounconnected_drive
在模塊實(shí)例化中，出現(xiàn)在這兩個(gè)編譯器指令間的任何未連接的輸入端口或者為正偏電路狀態(tài)或者為反偏電路狀態(tài)。
`unconnected_drive pull1
. . .
/* 在這兩個(gè)程序指令間的所有未連接的輸入端口為正偏電路狀態(tài)（連接到高電平） */
`nounconnected_drive
`unconnected_drive pull0
. . .
/* 在這兩個(gè)程序指令間的所有未連接的輸入端口為反偏電路狀態(tài)（連接到低電平） */
`nounconnected_drive
celldefine 和 `endcelldefine
這兩個(gè)程序指令用于將模塊標(biāo)記為單元模塊。它們表示包含模塊定義，如下例所示。
`celldefine
module FD1S3AX (D, CK, Z) ;
. . .
endmodule
`endcelldefine
某些 PLI 例程使用單元模塊。
值集合
Verilog HDL 有下列四種基本的值：
1) 0 ：邏輯 0 或 “ 假 ”
2) 1 ：邏輯 1 或 “ 真 ”
3) x ：未知
4) z ：高阻
注意這四種值的解釋都內(nèi)置于語(yǔ)言中。如一個(gè)為 z 的值總是意味著高阻抗，一個(gè)為 0 的值通常是指邏輯 0 。
在門(mén)的輸入或一個(gè)表達(dá)式中的為 “z” 的值通常解釋成 “x” 。此外， x 值和 z 值都是不分大小寫(xiě)的，也就是說(shuō)，值 0x1z 與值 0X1Z 相同。 Verilog HDL 中的常量是由以上這四類(lèi)基本值組成的。
Verilog HDL 中有三類(lèi)常量：
1) 整型
2) 實(shí)數(shù)型
3) 字符串型
下劃線符號(hào)（ _ ）可以隨意用在整數(shù)或?qū)崝?shù)中，它們就數(shù)量本身沒(méi)有意義。它們能用來(lái)提高易讀性；唯一的限制是下劃線符號(hào)不能用作為首字符。
整型數(shù)
整型數(shù)可以按如下兩種方式書(shū)寫(xiě)：
1) 簡(jiǎn)單的十進(jìn)制數(shù)格式
2) 基數(shù)格式
1. 簡(jiǎn)單的十進(jìn)制格式
這種形式的整數(shù)定義為帶有一個(gè)可選的 “+” （一元）或 “ － ” （一元）操作符的數(shù)字序列。下面是這種簡(jiǎn)易十進(jìn)制形式整數(shù)的例子。
32 十進(jìn)制數(shù) 32
－ 15 十進(jìn)制數(shù)－ 15
這種形式的整數(shù)值代表一個(gè)有符號(hào)的數(shù)。負(fù)數(shù)可使用兩種補(bǔ)碼形式表示。因此 32 在 5 位的二進(jìn)制形式中為 10000 ，在 6 位二進(jìn)制形式中為 110001 ；－ 15 在 5 位二進(jìn)制形式中為 10001 ，在 6 位二進(jìn)制形式中為 110001 。
2. 基數(shù)表示法
這種形式的整數(shù)格式為：
[size ] 'base value
size 定義以位計(jì)的常量的位長(zhǎng)； base 為 o 或 O （表示八進(jìn)制）， b 或 B （表示二進(jìn)制）， d 或 D （表示十進(jìn)制）， h 或 H （表示十六進(jìn)制）之一； value 是基于 base 的值的數(shù)字序列。值 x 和 z 以及十六進(jìn)制中的 a 到 f 不區(qū)分大小寫(xiě)。
下面是一些具體實(shí)例：
5'O37 5 位八進(jìn)制數(shù)
4'D2 4 位十進(jìn)制數(shù)
4'B1x_01 4 位二進(jìn)制數(shù)
7'Hx 7 位 x( 擴(kuò)展的 x), 即 xxxxxxx
4'hZ 4 位 z( 擴(kuò)展的 z) , 即 zzzz
4'd-4 非法：數(shù)值不能為負(fù)
8'h 2 A 在位長(zhǎng)和字符之間 , 以及基數(shù)和數(shù)值之間允許出現(xiàn)空格
3'b001 非法 : ` 和基數(shù) b 之間不允許出現(xiàn)空格
(2+3)'b10 非法 : 位長(zhǎng)不能夠?yàn)楸磉_(dá)式
注意， x （或 z ）在十六進(jìn)制值中代表 4 位 x （或 z ），在八進(jìn)制中代表 3 位 x （或 z ），在二進(jìn)制中代表 1 位 x （或 z ）。
基數(shù)格式計(jì)數(shù)形式的數(shù)通常為無(wú)符號(hào)數(shù)。這種形式的整型數(shù)的長(zhǎng)度定義是可選的。如果沒(méi)有定義一個(gè)整數(shù)型的長(zhǎng)度，數(shù)的長(zhǎng)度為相應(yīng)值中定義的位數(shù)。下面是兩個(gè)例子：
'o721 9 位八進(jìn)制數(shù)
'hAF 8 位十六進(jìn)制數(shù)
如果定義的長(zhǎng)度比為常量指定的長(zhǎng)度長(zhǎng)，通常在左邊填 0 補(bǔ)位。但是如果數(shù)最左邊一位為 x 或 z ，就相應(yīng)地用 x 或 z 在左邊補(bǔ)位。例如：
10'b10 左邊添 0 占位 , 0000000010
10'bx0x1 左邊添 x 占位 ,xxxxxxx0x1
如果長(zhǎng)度定義得更小，那么最左邊的位相應(yīng)地被截?cái)唷＠纾?
3'b1001_0011 與 3'b011 相等
5'H0FFF 與 5'H1F 相等
？字符在數(shù)中可以代替值 z 在值 z 被解釋為不分大小寫(xiě)的情況下提高可讀性（參見(jiàn)第 8 章）。
實(shí)數(shù)
實(shí)數(shù)可以用下列兩種形式定義：
1) 十進(jìn)制計(jì)數(shù)法；例如
2.0
5.678
11572.12
0.1
2. // 非法：小數(shù)點(diǎn)兩側(cè)必須有 1 位數(shù)字
2) 科學(xué)計(jì)數(shù)法； 這種形式的實(shí)數(shù)舉例如下：
23_5.1e2 其值為 23510.0; 忽略下劃線
3.6E2 360.0 (e 與 E 相同 )
5E － 4 0.0005
Verilog 語(yǔ)言定義了實(shí)數(shù)如何隱式地轉(zhuǎn)換為整數(shù)。實(shí)數(shù)通過(guò)四舍五入被轉(zhuǎn)換為最相近的整數(shù)。
42.446 ， 42.45 轉(zhuǎn)換為整數(shù) 42
92.5, 92.699 轉(zhuǎn)換為整數(shù) 93
－ 15.62 轉(zhuǎn)換為整數(shù)－ 16
－ 26.22 轉(zhuǎn)換為整數(shù)－ 26
字符串
字符串是雙引號(hào)內(nèi)的字符序列。字符串不能分成多行書(shū)寫(xiě)。例如 :
INTERNAL ERROR
REACHED － >HERE
用 8 位 ASCII 值表示的字符可看作是無(wú)符號(hào)整數(shù)。因此字符串是 8 位 ASCII 值的序列。為存儲(chǔ)字符串 “INTERNAL ERROR” ，變量需要 8*14 位。
reg [1 : 8*14] Message;
. . .
Message = INTERNAL ERROR
反斜線 ( ) 用于對(duì)確定的特殊字符轉(zhuǎn)義。
n 換行符
t 制表符
字符 本身
字符
206 八進(jìn)制數(shù) 206 對(duì)應(yīng)的字符
評(píng)論