硬件描述语言（HDL，Hardware Description Language）是一种用形式化方法来描述数字电路和系统的语言。数字系统的设计者利用这种语言可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。然后利用EDA（Electronic Design Automatic，电子设自动化）工具逐层次进行仿真验证，再把其中需要变为具体物理电路的模块组合由自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，再用专用集成电路（ASIC）或FPGA自动布局布线工具把网表转换为具体电路布线结构的实现。 VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language 目前，被广泛使用的硬件描述语言有VHDL和Verilog HDL两种。前者是由美国军方组织开发的，于1987年成为IEEE标准；后者是从一个普通的民间公司的私有财产转化而来的，早在1983年就已推出，于1995年才正式成为IEEE标准。 Verilog HDL和VHDL作为描述硬件电路设计的语言，其共同特点在于：能形式化地抽象表示电路的行为和结构；支持逻辑设计中层次与范围的描述；可借用高级语言的精巧结构来简化电路行为的描述；具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性；支持电路描述由高层到低层的综合转换；硬件描述与实现工艺无关（有关工艺参数可通过语言提供的属性包括进去）；便于文档管理；易于理解和设计重用。但是，两者又有着各自的特点：（1）语法特点 Verilog HDL和VHDL最大的差别在语法上，Verilog HDL是一种类C语言，而VHDL是一种ADA（Action Data Automation，行动数据自动化）语言。由于C语言简单易用且应用广泛，因此也使得Verilog HDL语言容易学习，如果有C语言学习的基础，很快就能够掌握；相比之下，VHDL语句较为晦涩，使用难度较大。（2）运用群体由于Verilog HDL早在1983年就已推出，至今已有20多年的应用历史，因而Verilog HDL拥有更加广泛的设计群体，成熟的资源也比VHDL丰富。（3）优势不同传统观念认为Verilog HDL在系统级抽象方面较弱，不太适合大型的系统；VHDL侧重于系统描述，从而更多地为系统级设计人员所采用；Verilog HDL侧重于电路级描述，从而更多地为电路设计人员所采用。但这两种语言仍处于不断完善之中，都在朝着更高级、更强大描述语言的方向前进。其中，经过IEEE Verilog HDL 2001标准补充之后，Verilog HDL 语言的系统级描述性能和可综合性能有了大幅度提高。综上所述，Verilog HDL 语言作为学习
HDL设计方法入门和基础是非常合适的。掌握了Verilog HDL 语言建模、综合和仿真技术，不仅可以增加对数字电路设计的深入了解，还可以为后续高级阶段的高级学习打好基础
，包括数字信号处理和数字通信的FPGA实现、IC设计等领域。本文的设计中，采用Verilog HDL语言。
VerilogHDL硬件描述语言复习 一、 1.VerilogHDL是在哪一年首次被IEEE标准化的？ 答：VerilogHDL是在1995年首次被IEEE标准化的。 2.VerilogHDL支持哪三种基本描述方式？ 答：VerilogHDL可采用三种不同方式或混合方式对设计建模。这些方式包括：行为描述方式—使用过程 化结 构建模；数据流方式—使用连续赋值语句方式建模；结构化方式—使用门和模块实例语句描述 建模 3.VerilogHDL是由哪个公司最先开发的？ 答：VerilogHDL是由GatewayDesignAutomation公司最先开发的 4.VerilogHDL中的两类主要数据类型什么？ 答：线网数据类型和寄存器数据类型。线网类型表示构件间的物理连线，而寄存器类型表示 抽象的数据存储元件。 5.UDP代表什么？ 答：UDP代表用户定义原语 6.写出两个开关级基本门的名称。答： pmosnmos 7.写出两个基本逻辑门的名称。答： andor 8.在数据流描述方式中使用什么语句描述一个设计？ 答：设计的数据流行为使用连续赋值语句进行描述 9.采用结构描述方式描述1位全加器。 答： modulefull_add(a,b,cin,s,co); inputa,b,cin; outputs,co; wireS1,T1,T2,T3; xor X1(S1,a,b), X2(s,S1,cin); and A1(T3,a,b), A2(T2,b,cin), A3(T1,a,cin); or O1(co,T1,T2,T3); endmodule 10.initial语句与always语句的关键区别是什么？ 答：1)initial语句：此语句只执行一次。 2)always语句：此语句总是循环执行,或者说此语句重复执行。 11.采用数据流方式描述2-4译码器。 答： 'timescale1ns/ns moduleDecoder2×4(A,B,EN,Z); inputA,B,EN; output[0:3]Z; 1
第4节Verilog HDL语言的描述语句Verilog HDL 描述语句 2.4.1 结构描述形式 通过实例进行描述的方法，将Verilog HDL预先定义的基本单元实例嵌入到代码中，监控实例的输入。Verilog HDL中定义了26个有关门级的关键字，比较常用的有8个。 在实际工程中，简单的逻辑电路由逻辑门和开关组成，通过门元语可以直观地描述其结构。 基本的门类型关键字如下所述： ?and ?nand ?nor ?or ?xor ?xnor ?buf ?not Verilog HDL支持的基本逻辑部件是由该基本逻辑器件的原语提供的。其调用格式为： 门类型<实例名> (输出，输入1，输入2，……,输入N) 例如，nand na01(na_out, a, b, c ); 表示一个名字为na01的与非门，输出为na_out，输入为a, b, c。 例2-5 一个简单的全加器例子： module ADD(A, B, Cin, Sum, Cout); input A, B, Cin; output Sum, Cout; // 声明变量 wire S1, T1, T2, T3; xor X1 (S1, A, B), X2 (Sum, S1, Cin); and A1 (T3, A, B), A2 (T2, B, Cin), A3 (T1, A, Cin); or O1 (Cout, T1, T2, T3);
endmodule 在这一实例中，模块包含门的实例语句，也就是包含内置门xor、and和or的实例语句。门实例由线网型变量S1、T1、T2和T3互连。由于未指定顺序，门实例语句可以以任何顺序出现。 门级描述本质上也是一种结构网表。在实际中的使用方式为：先使用门逻辑构成常用的触发器、选择器、加法器等模块，再利用已经设计的模块构成更高一层的模块，依次重复几次，便可以构成一些结构复杂的电路。其缺点是：不易管理，难度较大且需要一定的资源积累。 2.4.2 数据流描述形式 数据流型描述一般都采用assign连续赋值语句来实现，主要用于实现组合功能。连续赋值语句右边所有的变量受持续监控，只要这些变量有一个发生变化，整个表达式被重新赋值给左端。这种方法只能用于实现组合逻辑电路。其格式如下： assign L_s = R_s; 例2-6 一个利用数据流描述的移位器 module mlshift2(a, b); input a; output b; assign b = a<<2; endmodule 在上述模块中，只要a的值发生变化，b就会被重新赋值，所赋值为a左移两位后的值。 2.4.3 行为描述形式 行为型描述主要包括过程结构、语句块、时序控制、流控制等4个方面，主要用于时序逻辑功能的实现。 1．过程结构 过程结构采用下面4种过程模块来实现，具有强的通用型和有效性。 ?initial模块 ?always模块 ?任务（task）模块 ?函数（function）模块
Verilog HDL常用的行为仿真描述语句（一） 一、循环语句 1、forever语句 forever语句必须写在initial模块中，主要用于产生周期性波形。 2、利用for、while循环语句完成遍历 for、while语句常用于完成遍历测试。当设计代码包含了多个工作模式，那么就需要对各个模式都进行遍历测试。其典型的应用模板如下：[c-sharp:nogutter] view plaincopy? parameter mode_num = 5; initial begin // 各种不同模式的参数配置部分 for(i=0; i<mode_num-1; i=i+1) begin case (i) 0: begin . . end
1: begin . . end . . endcase end // 各种模式共同的测试参数 . . end 3、利用repeat语句来实现有次数控制的事件，其典型示例如下： [c-sharp] view plaincopy? initial begin
// 初始化 in_data = 0; wr = 0; // 利用repeat语句将下面的代码执行10次 repeat(10) begin wr = 1; in_data = in_data + 1; #10; wr = 0; #200; end end 4、用disable实现循环语句的异常处理，其典型示例如下：[c-sharp] view plaincopy? begin : one_branch for(i=0; i<n; i=i+1) begin : two_branch if (a==0) disable one_branch; if (a==b)
Verilog HDL的行为语句 Verilog HDL有许多的行为语句，使其成为结构化和行为性的语言。Verilog HDL语句包括：赋值语句、过程语句、块语句、条件语句、循环语句、编译预处理等，如表5-14 所示。符号“√”表示该语句能够为综合工具所支持，是可综合的。 5.3.1 赋值语句 赋值语句包括持续赋值语句与过程赋值语句。 1. 持续赋值语句assign为持续赋值语句，主要用于对wire 型（连线型）变量赋值。例如：assign c=~(a&b); 在上面的赋值中，a、b、c三个变量皆为wire型变量，a和b 信号的任何变化，都将随时反映到c上来。 2. 过程赋值语句过程赋值语句多用于对reg型变量进行赋值。过程赋值有阻塞赋值和非阻塞赋值两种方式。 a. 非阻塞赋值方式非阻塞赋值符号为“<=”，如：b<=a; 非阻塞赋值在整个过程块结束时才完成赋值操作，即b的值并不是立刻就改变的。 b. 阻塞赋值方式阻塞赋值符号为“=”，如：b=a; 阻塞赋值在该语句结束时就立即完成赋值操作，即b的值在该语句结束时立刻改变。如果在一个块语句中（例如always块语句），有多条阻塞赋值语句，那么在前面的赋值语句没有完成之前，后面的语句就不能被执行，仿佛被阻塞了一样，因此称为阻塞赋值方式。
5.3.2 过程语句VerilogHDL中的多数过程模块都从属于以下2种过程语句：initial及always。在一个模块（module）中，使用initial和always语句的次数是不受限制的。initial语句常用于仿真中的初始化，initial过程块中的语句仅执行一次；always块内的语句则是不断重复执行的。1. initial过程语句initial过程语句使用格式如下：initial begin 语句1; 语句2; | 语句n; end intial语句不带触发条件，initial过程中的块语句沿时间轴只执行一次。initial语句通常用于仿真模块中对激励向量的描述，或用于给寄存器变量赋初值，它是面向模拟仿真的过程语句，通常不能被逻辑综合工具所接受。 2. aIways过程语句always 过程语句使用格式如下：always @ (<敏感信号表达式>) begin //过程赋值//if-else，case，casex，casez选择语句//while，repeat，for循环 //task，function调用end always过程语句通常是带有触发条件的，触发条件写在敏感信号表达式中。只有当触发条件满足敏感信号表达式时，其后的“begin-end”块语句才能被执行。 3. 敏感信号表达式所谓敏感信号表达式又称事件表达式，即当该表达式中变量的值改变时，就会引发块内语句的执行，因此敏感信号表达式中应列出影响块内取值的所有信号。若有两个或两个以上信
Verilog HDL及其Testbench总结 （欢迎批评指正：jackhuan@https://www.doczj.com/doc/a314360530.html,） 1 Verilog HDL的基本观点 1) 观点1：module内每个基本模块之间是并行运行的。 2) 观点2：每个模块相当于一个连续赋值的过程。 3) 观点3：方程和任务是共享代码的最基本方式。 4) 观点4：同语言可用于生成模拟激励和指定测试的验证约束条件。 5) 观点5：库的概念相当于Visual C++中的DLL概念。 6) 观点6：文件与文件之间的关系可以使用C++中的*.h和*.cpp之关系理解。 2 设计建模的三种方式 1) 行为描述方式。过程化结构，每个结构之间是并行的。 2) 数据流方式。连续赋值语句方式，每个赋值语句之间是并行的，且赋值语 句和结构之间是并行的。 3) 结构化方式。门和模块实例化语句。 3 两者数据类型 1) 线网数据类型wire：表示构件间的物理连线； 2) 寄存器数据类型reg：表示抽象的数据存储元件。 4 几个概念 1) 模块（module）。模块是Verilog HDL的基本描述耽误，用于描述某个设计 的功能或结构及其与其它模块通信的外部端口。一个设计的结构可以使用开关级原语、门级原语和用户定义的原语方式描述；数据流行为使用使用连续赋值语句进行描述；时序行为使用过程结构描述。模块的声明部分和语句可以散布在模块中的任何地方，但变量、寄存器、线网和参数说明必须在使用前出现。 2) 只有寄存器类型数据（reg/integer）能够在initial和always语句中被赋值。 3) 阻塞性和非阻塞性赋值。理解这两个概念在学习verilog HDL中非常重要。 决定了时序的正确与否。阻塞性赋值的概念是在该条赋值语句执行完成后再执行后面的语句，也就是说在执行该语句时，后面的语句是挂起的。而非阻塞性赋值的结果在何时执行是不知道的，但是可以预见在某个时间步内该语句一定能够执行完成，从这个意义上来看，非阻塞性赋值的语句类似于并行语句，稍有处理不当，会引发多驱动源问题。关于多驱动源问题，在我的VHDL总结中有所表述，此处不在费墨。 4) 用户定义原语(UDP)。UDP的定义不依赖于模块定义，因此出现在模块定 义之外，也可以在单独的文本文件中定义UDP。UDP只能有一个输出或一个/多个输入端口。UDP的行为以真值表的形式描述。 5) 并行语句块和顺序语句块。并行语句块中的各语句并行执行。当并行语句 块中的最后动作执行完成是，顺序语句块的语句继续执行。也就是说，并行语句块中的所有语句必须在控制转出语句块之前完成执行。并行语句块