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跟我一起学FPGA （二）语法讲解

news 2025/8/5 15:19:46

本章讲解

1 、Verilog 概述和基础知识；

2 、Verilog 程序框架和高级知识点；

3 、Verilog 编程规范。

1.Verilog 概述和基础知识

Verilog 是一种硬件描述语言，以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能.

verilog的逻辑值：

逻辑 0 ：表示低电平，也就是对应我们电路的 GND ；

逻辑 1 ：表示高电平，也就是对应我们电路的 VCC ；

逻辑 X ：表示未知，有可能是高电平，也有可能是低电平；

逻辑 Z ：表示高阻态，外部没有激励信号是一个悬空状态。

verilog标识符

标识符 (identifier ）用于定义模块名、端口名和信号名等。

Verilog 的标识符可以是任意一组字母、数字、$ 和 _( 下划线 ) 符号的组合。

1. 标识符的第一个字符必须是字母或者下划线。

2. 区分大小写。

不建议大小写混合使用，普通内部信号建议全部小写，参数定义建议大写，另外信号命名最好体现信号的含义。

Verilog 的数字进制格式

二进制表示如下： 4’b0101 表示 4 位二进制数字 0101 ；

十进制表示如下： 4’d2 表示 4 位十进制数字 2 （二进制 0010 ）；

十六进制表示如下： 4’ha 表示 4 位十六进制数字 a （二进制 1010 ），十六进制的计数方式为 0 ， 1 ， 2…9， a ， b ， c ， d ， e ， f ，最大计数为 f （ f ：十进制表示为 15 ）。

当代码中没有指定数字的位宽与进制时，默认为 32 位的十进制，比如 100，实际上表示的值为 32’d100

Verilog 的数据类型

寄存器类型、线网类型和参数类型

寄存器类型

        表示一个抽象的数据存储单元，它只能在 always 语句和 initial 语句中被赋值。

//reg define

reg [ 31 : 0 ] delay_cnt ; //延时计数器

reg key_flag ; //按键标志

线网类型

        Verilog 结构化元件间的物理连线。它的值由驱动元件的值决定。

        其中最常用的就是 wire 类型

//wire define

wire data_en ; //数据使能信号

wire [ 7 : 0 ] data ; //数据


参数类型

  参数其实就是一个常量，常被用于定义状态机的状态、数据位宽和延迟大小等。

//parameter define

parameter DATA_WIDTH = 8 ; //数据位宽为8位

Verilog 的运算符

七种：

1 、算术运算符、 2 、关系运算符、 3 、逻辑运算符、

4 、条件运算符、 5 、位运算符、

6 、移位运算符、 7 、拼接运算符

2.Verilog 程序框架

关键字

程序框架

3.Verilog 高级知识点

阻塞赋值（Blocking）

        阻塞赋值，顾名思义，即在一个 always 块中，后面的语句会受到前语句的影响，具体来说，在同一个 always 中，一条阻塞赋值语句如果没有执行结束，那么该语句后面的语句就不能被执行，即被 “ 阻塞 ” 。

        阻塞赋值 “= ” 在 begin 和 end 之间的语句是顺序执行，属于串行语句

非阻塞赋值（Non-Blocking）

        符号“<=”用于非阻塞赋值（如:b <= a;）

非阻塞赋值是由时钟节拍决定，在时钟上升到来时，执行赋值语句右边，然后将 begin-end 之间的所有赋值语句同时赋值到赋值语句的左边。

注意：是 begin—end 之间的所有语句，一起执行，且一个时钟只执行一次，属于并行执行语句。

区分

        在描述组合逻辑电路的时候，使用阻塞赋值，比如 assign 赋值语句和不带时钟的 always 赋值语句。这种电路结构只与输入电平的变化有关系。

        在描述时序逻辑的时候，使用非阻塞赋值。

assign 和 always 区别

assign 语句使用时不能带时钟。

always 语句可以带时钟，也可以不带时钟。

在 always 不带时钟时，逻辑功能和 assign 完全一致，都是只产生组合逻辑。比较简单的组合逻辑推荐使用 assign 语句，比较复杂的组合逻辑推荐使用 always 语句。

latch 锁存器

是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路。

锁存器和寄存器都是基本存储单元：

锁存器是电平触发的存储器，组合逻辑产生的。

寄存器是边沿触发的存储器，时序电路中使用，由时钟触发产生的。

latch 的主要危害是会产生毛刺（glitch），这种毛刺对下一级电路是很危险的。并且其隐蔽性很强，不易查出。因此，在设计中，应尽量避免 latch 的使用。

状态机

状态机相当于一个控制器，它将一项功能的完成分解为若干步，每一步对应于二进制的一个状态，通过预先设计的顺序在各状态之间进行转换，状态转换的过程就是实现逻辑功能的过程。

4.Verilog 编程规范

工程组织形式

        工程的组织形式一般包括如下几个部分，分别是 doc、par、rtl 和 sim 四个部分。

        doc：一般存放工程相关的文档

        par：主要存放工程文件和使用到的一些 IP 文件；

        rtl：主要存放工程的 rtl 代码，这是工程的核心，文件名与 module 名称应当一致。

        sim：主要存放工程的仿真代码