分类 🗜️IC＆系统 下的文章 - 我的学记|刘航宇的博客

【IC设计】数字IC设计流程及学习指南 IC的设计过程可分为两个部分，前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）并没有统一严格的界限，涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。数字IC设计流程1. 规格制定芯片规格，也就像功能列表一样，是客户向芯片设计公司（称为Fabless，无晶圆设计公司）提出的设计要求，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。2. 详细设计Fabless根据客户提出的规格要求，拿出设计解决方案和具体实现架构，划分模块功能。目前架构的验证一般基于SystemC语言，对构架模型的仿真可以使用SystemC的仿真工具。其中典型的例子是Synopsys公司的CoCentric和Summit公司的Visual Elite等。3. HDL编码使用硬件描述语言（VHDL，Verilog HDL，业界公司一般都是使用后者）将模块功能以代码来描述实现，也就是将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述出来，形成RTL（寄存器传输级）代码。设计输入工具：具有强大的文本编辑功能，多种输入方法（VHDL，Verilog，状态转移图，模块图等），语法模板，语法检查，自动生产代码和文档等功能。如Active-HDL,VisualVHDL/Verilog等。RTL分析检查工具：Synopsys LEDA4. 仿真验证仿真验证就是检验编码设计的正确性，检验的标准就是第一步制定的规格。看设计是否精确地满足了规格中的所有要求。规格是设计正确与否的黄金标准，一切违反，不符合规格要求的，就需要重新修改设计和编码。设计和仿真验证是反复迭代的过程，直到验证结果显示完全符合规格标准。仿真验证工具Synopsys的VCS，Mentor ModelSim，Cadence Verilog－XL，Cadence NC-Verilog。5. 逻辑综合――Design Compiler仿真验证通过，进行逻辑综合。逻辑综合的结果就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表netlist。综合需要设定约束条件，就是你希望综合出来的电路在面积，时序等目标参数上达到的标准。逻辑综合需要基于特定的综合库，不同的库中，门电路基本标准单元（standard cell）的面积，时序参数是不一样的。所以，选用的综合库不一样，综合出来的电路在时序，面积上是有差异的。一般来说，综合完成后需要再次做仿真验证（这个也称为后仿真，之前的称为前仿真）逻辑综合工具Synopsys的Design Compiler（DC），Cadence的 PKS，Synplicity的Synplify等。另外，和综合工具配合使用的还有很多其他工具，如静态时间分析工具，等效性检查工具等等。Synopsys公司和Cadence公司都提供完整的工具包。5.1. STAStatic Timing Analysis（STA），静态时序分析，这也属于验证范畴，它主要是在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的违例（violation）。这个是数字电路基础知识，一个寄存器出现这两个时序违例时，是没有办法正确采样数据和输出数据的，所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。STA工具有Synopsys的Prime Time。5.2. 形式验证这也是验证范畴，它是从功能上（STA是时序上）对综合后的网表进行验证。常用的就是等价性检查（Equivalence Check）方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，他们是否在功能上存在等价性。这样做是为了保证在逻辑综合过程中没有改变原先HDL描述的电路功能。形式验证工具有Synopsys的Formality。前端设计的流程暂时写到这里。从设计程度上来讲，前端设计的结果就是得到了芯片的门级网表电路。技能图解1.语言主流的Verilog、VHDLVerilog语言与软件语言最大的区别就是，因为它是用于描述电路的，因此它的写法是非常固定的，因为电路的变化是非常有限的。学习Verilog的时候，很多时候我们并不是在学习这门语言本身，而是学习其对应的电路特征，以及如何对这个电路进行描述。如果心中没有电路，那么你是不可能写好Verilog的。VHDL语言的严谨性比Verilog要好，不像Verilog中一样存在大量符合语法却永远无法综合的语句。SpinalHDL、Myhdl等SpinalHDL和Chisel师承一脉，都是基于Scala来进行电路描述。其本质上仍旧是HDL而非HLS，在设计之前依旧需要有清晰的电路结构，只不过是在电路描述上更加方便和快捷而已。目前有一些公司已经应用于FPGA设计中，ASIC应用还有待探究。SpinalHDL资料：https://spinalhdl.github.io/SpinalDoc-RTD/master/index.htmlSystemVerilog/SystemC ：这两种语言都是为了验证而存在的，掌握基本的验证方法学有助于提高自己的debug效率，SystemVerilog是一种面向对象的语言，其设计的本意是用于搭建验证平台，主流的UVM方法也都是基于SystemVerilog实现的，所以立志成为IC验证工程师的同学，SystemVerilog的深入学习和流行方法论的学习都是必不可少的。而对于那些只想做IC设计的同学而言，SystemVerilog同样也是值得学习的。且不说本文前面提到的用于提高验证效率的debug方法，即使只是为了做好设计，SystemVerilog也是大有用武之地。很多顶级的IC设计公司内部都开始使用SystemVerilog进行RTL设计了。由于在SystemVerilog中加入了很多类似always_ff、always_comb等用于显式表明综合电路意图的新语法，代码的可读性更高，综合过程中也减少了歧义，尽可能地保证了综合结果与设计意图的一致性。从另一个角度来说，assertion的加入也极大地提高了代码的debug效率，非常有助于在大规模的数据交互过程中定位到出错的初始点，没有掌握的同学可以多花一些时间学习一下。-> SV基础知识脚本语言：Makefile/Perl/Python/ShellMakefile/Perl/Python/Shell都是常用的脚本语言，进行批量修改文本内容，实现自动化操作等，掌握一门得心应手的脚本语言将对工作效率的提升帮助极大。但凡做过一次的事情，就没有必要重复第二次。-> Perl在IC中的应用脚本语言：Tcl在IC设计这个领域中，Tcl是一门非常常见的语言。可以用于描述时序和管脚约束文件，UPF信息，也可以用来搭建简单的工作平台。既是很多EDA工具默认支持的脚本语言，也是这些工具配置和输出的文件格式。因此，能够读懂Tcl，掌握Tcl语言的基本语法，就可以帮助更好的使用EDA工具。-> 从零开始学TclC语言作为基础语言，在验证时，往往需要用到C写的case；2.基础知识数电模电、电路分析、数据结构、计算机体系架构等AMBA总线AXI、AHB、APB、CHI、ACE等；-> AMBA总线高低速接口PCIE、DMA、DDR、USB、UART、SPI、I2C、MIPI等-> 总线接口低功耗设计动态功耗、静态功耗、常见低功耗设计方法-> 低功耗设计静态时序分析建立时间、保持时间、亚稳态及其解决方法、时序约束-> 时序约束策略 、亚稳态、 FPGA中的亚稳态设计方法乒乓操作、流水线、串并转换、无毛刺切换、状态机等跨时钟处理：快到慢、慢到快、异步FIFO（FIFO深度计算）等->时钟切换电路（Glitch-free clock switching circuit）、异步FIFO、同步FIFO、同步和异步FIFO、FIFO深度计算3.设计工具linux系统:linux、shell常见命令gvim/emac编辑器：熟练使用Vim/Emacs，用编程的方式来编程，可以提高效率。版本管理工具：SVN、Git、p4等版本管理，简而言之，就是一种用于记录和查询文件版本改动的工具；EDA工具仿真工具：NCVerilog/ VCS/ ModelSim/ iVerilog以上是比较业界比较主流的仿真工具，其中Icarus Verilog (iVerilog)为开源工具，仿真过程需要了解：如何指定编译的文件类型；如何指定编译文件清单；如何指定索引目录；如何指定仿真精度；如何指定临时的宏变量；如何指定语法检查的严苛等级；如何混合编译由多种语言写成的工程；如何调用不同波形生成工具的pli接口；如何配合SDF反标进行后仿等；-> 芯片后仿及SDF反标、VCS实用技巧、开源verilog仿真工具iverilog+GTKWave波形查看工具：DVE/ Verdi/ gtkWave以上是业界比较主流的波形查看工具，所有的波形查看器都必须支持标准波形文件.vcd格式，但是由于.vcd格式的存储性能并不好，冗余信息过多，所以各波形查看工具都纷纷推出了自己支持的波形文件格式，如DVE的.vpd，Verdi的.fsdb，ModelSim的*.wlf；gtkWave也是跨平台的，而且简单易用，支持.vcd标准格式，同时支持高性能压缩格式.lxt和*.fst，gtkWave自带vcd转fst的转换器；通常几G左右的.vcd格式波形转换为.vpd格式后只有几十MB左右，而转换为.fsdb后通常会更小，因此将标准波形文件.vcd转换为其他压缩格式更加有利于数据备份。-> fsdb实用技巧、verdi实用技巧逻辑等效性检查工具：formality-> 形式验证与formality基本流程从功能上对综合后的网表进行验证，常用的就是等价性检查方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，他们是否在功能上存在等价性。这样做是为了保证在逻辑综合过程中没有改变原先HDL描述的电路功能。综合工具：dc ->DC综合逻辑综合就是将HDL代码翻译成门级网表netlist；lint/cdc检查工具：spyglass -> SpyGlass安装教程、spyglass 基础操作、spyglass 常见错误lint后端：PT、IIC2、innovus等FPGA综合布线布局工具：synplify/vivado->->synplify 基础操作、基于synplify+vivado生成bitfile其他：VC_static_tools ->VC_static Tools安装教程4.相关岗位前端设计RTL IP设计：从算法协议到RTL coding的能力；SoC设计集成/验证：总线、功耗、系统架构的能力；SOC侧重将IP，模块集成形成一个系统，所以片上互联总线和外设接口是掌握的重点。片内互联总线一般是AMBA总线。外设接口又分为低速接口和高速接口，其中低速接口包括I2C,UART,SPI等，高速接口包括SATA,USB,PCIE,DDR等；验证FPGA原型验证：HAPS -> HAPS®-100原型系统、芯片验证技术 ｜HAPS与高性能ASIC原型验证UVM验证：SV、UVM主流验证方法学 ->UVM芯片验证EMU验证：zebu、帕拉丁 -> 芯片验证应用｜基于ZeBu平台的虚拟主机应用方案综合：逻辑综合就是将HDL代码翻译成门级网表netlist；STAStatic Timing Analysis（STA），静态时序分析，它主要是在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的违例（violation），一个寄存器出现这两个时序违例时，是没有办法正确采样数据和输出数据的，所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。DFTDesign ForTest，可测性设计。芯片内部往往都自带测试电路，DFT的目的就是在设计的时候就考虑将来的测试。DFT的常见方法就是，在设计中插入扫描链，将非扫描单元（如寄存器）变为扫描单元；如bist、Scan Design、JTAG、ATPG等；后端物理验证、布线布局、静态时序分析、等价性检查、功耗分析

【8】Verilog练习-串口数据发送 理论： 代码：//串口发送模块 `timescale 1ns/10ps module UART_TXer( clk, res, data_in, en_data_in, TX, rdy ); input clk; input res; input[7:0] data_in;//准备发送的数据； input en_data_in;//发送使能； output TX;//输出使能 output rdy;//空闲标志，0表示空闲； reg[3:0] state;//主状态机寄存器； reg[9:0] send_buf;//发送寄存器 assign TX=send_buf[0];//连接TX； reg[9:0] send_flag;//用于判断右移结束； reg[12:0] con;//用于计算波特周期 reg rdy; always@(posedge clk or negedge res) if(~res)begin state<=0;send_buf<=1;con<=0;send_flag<=10'b10_0000_0000;rdy<=0; end else begin case(state) 0://等待使能信号； begin if(en_data_in)begin send_buf=; send_flag<=10'b10_0000_0000; rdy<=1; state<=1; end end 1://串口发送，寄存器右移； begin if(con==5000-1)begin con<=0; end else begin con<=con+1; end if(con==5000-1)begin send_buf[8:0]<=send_buf[9:1]; send_flag[8:0]<=send_flag[9:1]; end if(send_flag[0])begin rdy<=0; state<=0; end end endcase end endmodule //----testbench of UART_TXer--- module UART_TXer_tb; reg clk,res; reg[7:0] data_in; reg en_data_in; wire TX; wire rdy; UART_TXer UART_TXer( //同名例化； clk, res, data_in, en_data_in, TX, rdy ); initial begin clk<=0;res<=0;data_in<=8'h7f;en_data_in<=0; #17 res<=1; #30 en_data_in<=1; #10 en_data_in<=0; #10000 $stop; end always #5 clk<=~clk; endmodule结果：

【7】Verilog练习-串口数据接收 原理：程序//串口数据接收 `timescale 1ns/10ps module UART_Rxer( clk, res, RX, data_out, en_data_out ); input clk; input res; input RX; output[7:0] data_out;//接收字节输出； output en_data_out;//输出使能； reg[7:0] data_out; reg[7:0] state;//主状态机； reg[12:0] con;//用于计算比特宽度； reg[3:0] con_bits;//用于计算比特数； reg RX_delay;//RX的延时； reg en_data_out; always@(posedge clk or negedge res) if(~res)begin state<=0;con<=0;con_bits<=0;RX_delay<=0; data_out<=0;en_data_out<=0; end else begin RX_delay<=RX; case(state) 0://等空闲； begin if(con==5000-1)begin //24M/4800=5000 con<=0; end else begin con<=con+1; end if(con==0)begin if(RX)begin con_bits<=con_bits+1; end else begin con_bits<=0; end if(con_bits==12)begin//连续12个1，说明处于空闲状态 state<=1; end end end 1://等起始位； begin en_data_out<=0; if(~RX&RX_delay)begin state<=2; end end 2://收最低位b0;T=5000；1.5T=7500 begin if(con==7500-1)begin con<=0; data_out[0]<=RX; state<=3; end else begin con<=con+1; end end 3://收最低位b1; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[1]<=RX; state<=4; end else begin con<=con+1; end end 4://收最低位b2; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[2]<=RX; state<=5; end else begin con<=con+1; end end 5://收最低位b3; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[3]<=RX; state<=6; end else begin con<=con+1; end end 6://收最低位b4; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[4]<=RX; state<=7; end else begin con<=con+1; end end 7://收最低位b5; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[5]<=RX; state<=8; end else begin con<=con+1; end end 8://收最低位b6; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[6]<=RX; state<=9; end else begin con<=con+1; end end 9://收最低位b7; begin if(con==5000-1)begin con<=0; data_out[7]<=RX; state<=10; end else begin con<=con+1; end end 10://产生使能脉冲 begin en_data_out<=1; state<=1; end default:// begin state<=0; con<=0; con_bits<=0; en_data_out<=0; end endcase end endmodule //----testbench of UART_Rxer-- module UART_Rxer_tb; reg clk,res; wire RX; wire[7:0] data_out; wire en_data_out; reg[25:0] RX_send;//里面装有串口字节发送数据； assign RX=RX_send[0];//连接RX reg[12:0] con; UART_Rxer UART_Rxer( .clk(clk), .res(res), .RX(RX), .data_out(data_out), .en_data_out(en_data_out) ); initial begin clk<=0;res<=0;RX_send<=; con<=0; #17 res<=1; #4000000 $stop; end always #5 clk<=~clk; always@(posedge clk)begin if(con==5000-1)begin con<=0; end else begin con<=con+1; end if(con==0)begin RX_send[24:0]<=RX_send[25:1]; RX_send[25]<=RX_send[0]; end end endmodule现象

【5】Verilog练习-相邻16点相加 代码//相邻16点相加 `timescale 1ns/10ps module sigma_16p( clk, res, data_in, syn_in, data_out, syn_out ); input clk,res; input[7:0] data_in;//采样信号 input syn_in;//采样时钟 output[11:0] data_out;//累加结果输出 output syn_out;//累加结果同步脉冲 reg syn_in_n1;//syn_in的反向延时 wire syn_pulse;//采样时钟上升沿识别脉冲 assign syn_pulse=syn_in&syn_in_n1; reg[3:0] con_syn;//采样时钟循环计数器 wire[7:0] comp_8;//补码 wire[11:0] d_12;//升位结果 assign comp_8=data_in[7]?:data_in;//补码运算 assign d_12=; reg[11:0] sigma;//累加计算 reg[11:0] data_out; reg syn_out; always@(posedge clk or negedge res) if(~res)begin syn_in_n1<=0;con_syn<=0;sigma<=0;data_out<=0;syn_out<=0; end else begin syn_in_n1<=~syn_in; if(syn_pulse)begin con_syn<=con_syn+1; end if(syn_pulse)begin if(con_syn==15)begin sigma<=d_12; data_out<=sigma; syn_out<=1; end else begin sigma<=sigma+d_12; end end else begin syn_out<=0; end end endmodule //-----testbench of sigma_16p--- module sigma_16p_tb; reg clk,res; reg[7:0] data_in; reg syn_in; wire[11:0] data_out; wire syn_out; sigma_16p sigma_16p( .clk(clk), .res(res), .data_in(data_in), .syn_in(syn_in), .data_out(data_out), .syn_out(syn_out) ); initial begin clk<=0;res<=0;data_in=1;syn_in<=0; #17 res<=1; #50000 $stop; end always #5 clk<=~clk; always #100 syn_in<=~syn_in; endmodule现象

【3】Verilog练习-时序逻辑与伪随机码发生器设计和仿真 时序逻辑代码与仿真代码//计数器 `timescale 1ns/10ps module counter( clk, res, y ); input clk; input res; output[7:0] y; reg[7:0] y; wire[7:0] sum;//+1运算的结果； assign sum=y+1;//组合逻辑部分； always@(posedge clk or negedge res) if(~res)begin y<=0; end else begin y<=sum; end endmodule //----testbench of counter---- module counter_tb; reg clk,res; wire[7:0] y; counter counter( .clk(clk), .res(res), .y(y) ); initial begin clk<=0;res<=0; #17 res<=1; #6000 $stop; end always #5 clk<=~clk; endmodule现象模拟显示伪随机码发生器代码//四级伪随机码发生器； `timescale 1ns/10ps module m_gen( clk, res, y ); input clk; input res; output y; reg[3:0] d; assign y=d[0]; always@(posedge clk or negedge res) if(~res)begin d<=4'b1111; end else begin d[2:0]<=d[3:1];//右移一位； d[3]<=d[3]+d[0];//模二加； end endmodule //----testbench of m_gen---- module m_gen_tb; reg clk,res; wire y; m_gen m_gen( .clk(clk), .res(res), .y(y) ); initial begin clk<=0;res<=0; #17 res<=1; #600 $stop; end always #5 clk<=~clk; endmodule现象

【2】Verilog练习-补码转化与7段译码逻辑设计 补码转化程序//补码转化逻辑 `timescale 1ns/10ps module comp_conv( a, a_comp ); input[7:0] a; output[7:0] a_comp; //wire[6:0] b;//按位取反的幅度位 //wire[7:0] y;//负数的补码； //assign b=~a[6:0]; //assign y[6:0]=b+1;//按位取反+1 //assign y[6:0]=~a[6:0]+1;//按位取反+1 //assign y[7]=a[7];//符号位不变 //assign y=; //assign a_comp=a[7]?y:a;//二选一 assign a_comp=a[7]?:a;//二选一 endmodule //----testbench of comp_conv--- module comp_conv_tb; reg[7:0] a_in; wire[7:0] y_out; comp_conv comp_conv( .a(a_in), .a_comp(y_out) ); initial begin a_in<=0; #3000 $stop; end always #10 a_in<=a_in+1; endmodule现象7段译码逻辑设计代码：//七段码译码器 `timescale 1ns/10ps module seg_dec( num, a_g ); input[3:0] num; output[6:0] a_g;//a_g--> reg[6:0] a_g; always@(num)begin case(num) 4'd0: begin a_g<=7'b111_1110; end 4'd1: begin a_g<=7'b011_0000; end 4'd2: begin a_g<=7'b110_1101; end 4'd3: begin a_g<=7'b111_1100; end 4'd4: begin a_g<=7'b011_0011; end 4'd5: begin a_g<=7'b101_1011; end 4'd6: begin a_g<=7'b101_1111; end 4'd7: begin a_g<=7'b111_0000; end 4'd8: begin a_g<=7'b111_1111; end 4'd9: begin a_g<=7'b111_1011; end default: begin a_g<=7'b000_0001; end//中杠 endcase end endmodule //----testbench of seg_dec--- module seg_dec_tb; reg[3:0] num_in; wire[6:0] a_g_out; seg_dec seg_dec( .num(num_in), .a_g(a_g_out) ); initial begin num_in<=0; #200 $stop; end always #10 num_in<=num_in+1; endmodule现象

【2】Verilog练习-组合逻辑电路多路选择器 二选一逻辑设计程序//二选一逻辑设计 `timescale 1ns/10ps module fn_sw( a, b, sel, y ); input a; input b; input sel; output y; //assign y=sel?(a^b):(a&b); //用always语句块实现组合逻辑； reg y; always@(a or b or sel) if(sel==1)begin y<=a^b; end else begin y<=a&b; end endmodule //---testbench of fn_sw---- module fn_sw_tb; reg a,b,sel;//输入reg型 wire y;//输出wire型 fn_sw fn_sw( .a(a), .b(b), .sel(sel), .y(y) ); initial begin a<=0;b<=0;sel<=0; #10 a<=0;b<=0;sel<=1; #10 a<=0;b<=1;sel<=0; #10 a<=1;b<=0;sel<=0; #10 a<=1;b<=0;sel<=1; #10 a<=1;b<=1;sel<=0; #10 a<=1;b<=1;sel<=1; #10 $stop; end endmodule现象多路选择逻辑设计代码//四选一逻辑设计 `timescale 1ns/10ps module fn_sw_4( a, b, sel, y ); input a; input b; input[1:0] sel; output y; reg y; always@(a or b or sel)begin case(sel) 2'b00:begin y<=a&b;end 2'b01:begin y<=a|b;end 2'b10:begin y<=a^b;end 2'b11:begin y<=~(a^b);end endcase end endmodule //-----testbench of fn_sw_4-- module fn_sw_4_tb; reg[3:0] absel; wire y; fn_sw_4 fn_sw_4( .a(absel[0]), .b(absel[1]), .sel(absel[3:2]), .y(y) ); initial begin absel<=0; #300 $stop; end always #10 absel<=absel+1; endmodule现象

【4】Verilog-基础语法2 表达式表达式由操作符和操作数构成，其目的是根据操作符的意义得到一个计算结果。表达式可以在出现数值的任何地方使用。例如：a^b ; //a与b进行异或操作 address[9:0] + 10'b1 ; //地址累加 flag1 && flag2 ; //逻辑与操作操作数 操作数可以是任意的数据类型，只是某些特定的语法结构要求使用特定类型的操作数。操作数可以为常数，整数，实数，线网，寄存器，时间，位选，域选，存储器及函数调用等。module test; //实数 real a, b, c; c = a + b ; //寄存器 reg [3:0] cprmu_1, cprmu_2 ; always @(posedge clk) begin cprmu_2 = cprmu_1 ^ cprmu_2 ; end //函数 reg flag1 ; flag = calculate_result(A, B); //非法操作数 reg [3:0] res; wire [3:0] temp; always@ （*）begin res = cprmu_2 – cprmu_1 ; //temp = cprmu_2 – cprmu_1 ; //不合法，always块里赋值对象不能是wire型 end endmodule操作符 Verilog 中提供了大约 9 种操作符，分别是算术、关系、等价、逻辑、按位、归约、移位、拼接、条件操作符。大部分操作符与 C 语言中类似。同类型操作符之间，除条件操作符从右往左关联，其余操作符都是自左向右关联。圆括号内表达式优先执行。例如下面每组的 2 种写法都是等价的。不同操作符之间，优先级是不同的。下表列出了操作符优先级从高至低的排列顺序。当没有圆括号时，Verilog 会根据操作符优先级对表达式进行计算。为了避免由操作符优先级导致的计算混乱，在不确定优先级时，建议用圆括号将表达式区分开来。 算术操作符 算术操作符包括单目操作符和双目操作符。双目操作符对 2 个操作数进行算术运算，包括乘（）、除（/）、加（+）、减（-）、求幂（*）、取模（%）。reg [3:0] a, b; reg [4:0] c ; a = 4'b0010 ; b = 4'b1001 ; c = a+b; //结果为c=b'b1011 c = a/b; //结果为c=4，取整如果操作数某一位为 X，则计算结果也会全部出现 X。例如：b = 4'b100x ; c = a+b ; //结果为c=4'bxxxx对变量进行声明时，要根据变量的操作符对变量的位宽进行合理声明，不要让结果溢出。上述例子中，相加的 2 个变量位宽为 4bit，那么结果寄存器变量位宽最少为 5bit。否则，高位将被截断，导致结果高位丢失。无符号数乘法时，结果变量位宽应该为 2 个操作数位宽之和。reg [3:0] mula ; reg [1:0] mulb; reg [5:0] res ; mula = 4'he ; mulb = 2'h3 ; res = mula * mulb ; //结果为res=6'h2a, 数据结果没有丢失位数和 - 也可以作为单目操作符来使用，表示操作数的正负性。此类操作符优先级最高。-4 //表示负4+3 //表示正3负数表示时，可以直接在十进制数字前面增加一个减号 -，也可以指定位宽。因为负数使用二进制补码来表示，不指定位宽来表示负数，编译器在转换时，会自动分配位宽，从而导致意想不到的结果。例如：mula = -4'd4 ; mulb = 2 ; res = mula * mulb ; //计算结果为res=-6'd8, 即res=6'h38，正常 res = mula * (-'d4) ; //(4的32次幂-4) * 2, 结果异常关系操作符 关系操作符有大于（>），小于（<），大于等于（>=），小于等于（<=）。关系操作符的正常结果有 2 种，真（1）或假（0）。如果操作数中有一位为 x 或 z，则关系表达式的结果为 x。A = 4 ; B = 3 ; X = 3'b1xx ; A > B //为真 A <= B //为假 A >= Z //为X，不确定等价操作符 等价操作符包括逻辑相等（==），逻辑不等（!=），全等（===），非全等（!==）。等价操作符的正常结果有 2 种：为真（1）或假（0）。逻辑相等/不等操作符不能比较 x 或 z，当操作数包含一个 x 或 z，则结果为不确定值。全等比较时，如果按位比较有相同的 x 或 z，返回结果也可以为 1，即全等比较可比较 x 或 z。所以，全等比较的结果一定不包含 x。举例如下：A = 4 ; B = 8'h04 ; C = 4'bxxxx ; D = 4'hx ; A == B //为真 A == (B + 1) //为假 A == C //为X，不确定 A === C //为假，返回值为0 C === D //为真，返回值为1逻辑操作符 逻辑操作符主要有 3 个：&&（逻辑与）, ||（逻辑或），!（逻辑非）。逻辑操作符的计算结果是一个 1bit 的值，0 表示假，1 表示真，x 表示不确定。如果一个操作数不为 0，它等价于逻辑 1；如果一个操作数等于 0，它等价于逻辑 0。如果它任意一位为 x 或 z，它等价于 x。如果任意一个操作数包含 x，逻辑操作符运算结果不一定为 x。逻辑操作符的操作数可以为变量，也可以为表达式。例如：A = 3; B = 0; C = 2'b1x ; A && B // 为假 A || B // 为真 ! A // 为假 ! B // 为真 A && C // 为X，不确定 A || C // 为真，因为A为真 (A==2) && (! B) //为真，此时第一个操作数为表达式按位操作符 按位操作符包括：取反（~），与（&），或（|），异或（^），同或（~^）。按位操作符对 2 个操作数的每 1bit 数据进行按位操作。如果 2 个操作数位宽不相等，则用 0 向左扩展补充较短的操作数。取反操作符只有一个操作数，它对操作数的每 1bit 数据进行取反操作。下图给出了按位操作符的逻辑规则。A = 4'b0101 ; B = 4'b1001 ; C = 4'bx010 ; ~A //4'b1010 A & B //4'b0001 A | B //4'b1101 A^B //4'b1100 A ~^ B //4'b0011 B | C //4'b1011 B&C //4'bx000移位操作符 移位操作符包括左移（<<），右移（>>），算术左移（<<<），算术右移（>>>）。移位操作符是双目操作符，两个操作数分别表示要进行移位的向量信号（操作符左侧）与移动的位数（操作符右侧）。算术左移和逻辑左移时，右边低位会补 0。逻辑右移时，左边高位会补 0；而算术右移时，左边高位会补充符号位，以保证数据缩小后值的正确性。A = 4'b1100 ; B = 4'b0010 ; A = A >> 2 ; //结果为 4'b0011 A = A << 1; //结果为 4'b1000 A = A <<< 1 ; //结果为 4'b1000 C = B + (A>>>2); //结果为 2 + (-4/4) = 1, 4'b0001拼接操作符 拼接操作符用大括号 来表示，用于将多个操作数（向量）拼接成新的操作数（向量），信号间用逗号隔开。拼接符操作数必须指定位宽，常数的话也需要指定位宽。例如：A = 4'b1010 ; B = 1'b1 ; Y1 = ; //结果为Y1='b1100_0011 Y2 = , 3'd4}; //结果为 Y2=7'b111_1100 Y3 = }; //结果为 Y3=32h0，常用作寄存器初始化时匹配位宽的赋初值条件操作符条件表达式有 3 个操作符，结构描述如下：condition_expression ? true_expression : false_expression计算时，如果 condition_expression 为真（逻辑值为 1），则运算结果为 true_expression；如果 condition_expression 为假（逻辑值为 0），则计算结果为 false_expression。assign hsel = (addr[9:8] == 2'b0) ? hsel_p1 : hsel_p2 ;//当信号 addr 高 2bit 为 0 时，hsel 赋值为 hsel_p1; 否则，将 hsel_p2 赋值给 hsel。其实，条件表达式类似于 2 路（或多路）选择器，其描述方式完全可以用 if-else 语句代替。当然条件操作符也能进行嵌套，完成一个多次选择的逻辑。例如assign hsel = (addr[9:8] == 2'b00) ? hsel_p1 : (addr[9:8] == 2'b01) ? hsel_p2 : (addr[9:8] == 2'b10) ? hsel_p3 : (addr[9:8] == 2'b11) ? hsel_p4 ;Verilog 编译指令以反引号 ` 开始的某些标识符是 Verilog 系统编译指令。编译指令为 Verilog 代码的撰写、编译、调试等提供了极大的便利。下面介绍下完整的 8 种编译指令，其中前 4 种使用频率较高。`define`undef在编译阶段，`define 用于文本替换，类似于 C 语言中的 #define。一旦 `define 指令被编译，其在整个编译过程中都会有效。例如，在一个文件中定义： `define DATA_DW 32 则在另一个文件中也可以直接使用 DATA_DW`define S $stop; //用`S来代替系统函数$stop; (包括分号) `define WORD_DEF reg [31:0] //可以用`WORD_DEF来声明32bit寄存器变量`undef 用来取消之前的宏定义，例如`define DATA_DW 32 …… reg [DATA_DW-1:0] data_in ; …… `undef DATA_DW `ifdef, `ifndef, `elsif, `else, `endif`ifdef MCU51 parameter DATA_DW = 8 ; `elsif WINDOW parameter DATA_DW = 64 ; `else parameter DATA_DW = 32 ; `endif当然，也可用 `ifndef 来设置条件编译，表示如果没有相关的宏定义，则执行相关语句。下面例子中，如果定义了 WINDOW，则使用第二种参数说明。如果没有定义 WINDOW，则使用第一种参数说明。`ifndef WINDOW parameter DATA_DW = 32 ; `else parameter DATA_DW = 64 ; `endif`include 使用 `include 可以在编译时将一个 Verilog 文件内嵌到另一个 Verilog 文件中，作用类似于 C 语言中的 #include 结构。该指令通常用于将全局或公用的头文件包含在设计文件里。文件路径既可以使用相对路径，也可以使用绝对路径。`include "../../param.v" `include "header.v"`timescale 在 Verilog 模型中，时延有具体的单位时间表述，并用 `timescale 编译指令将时间单位与实际时间相关联。该指令用于定义时延、仿真的单位和精度，格式为：`timescale time_unit / time_precisiontime_unit 表示时间单位，time_precision 表示时间精度，它们均是由数字以及单位 s（秒），ms（毫秒），us（微妙），ns（纳秒），ps（皮秒）和 fs（飞秒）组成。时间精度可以和时间单位一样，但是时间精度大小不能超过时间单位大小，例如下面例子中，输出端 Z 会延迟 5.21ns 输出 A&B 的结果。`timescale 1ns/100ps //时间单位为1ns，精度为100ps，合法 //`timescale 100ps/1ns //不合法 module AndFunc(Z, A, B); output Z; input A, B ; assign #5.207 Z = A & B endmodule`timescale 10ns/1ns module test; reg A, B ; wire OUTZ ; initial begin A = 1; B = 0; # 1.28 B = 1; # 3.1 A = 0; end AndFunc u_and(OUTZ, A, B) ; endmodule在模块 AndFunc 中，5.207 对应 5.21ns。在模块 test 中，1.28 对应 13ns，3.1 对应 31ns。但是，当仿真 test 时，由于 AndFunc 中的最小精度为 100ps，因此 test 中的时延精度将进行重新调整。13ns 将对应 130100ps，31ns 将对应 310100ps。仿真时，时延精度也会使用 100ps。仿真时间单位大小没有影响。如果有并行子模块，子模块间的 `timescale 并不会相互影响。例如在模块 test 中再例化一个子模块 OrFunc。仿真 test 时，OrFunc 中的 #5.207 延时依然对应 52ns。//子模块： `timescale 10ns/1ns //时间单位为1ns，精度为100ps，合法 module OrFunc(Z, A, B); output Z; input A, B ; assign #5.207 Z = A | B endmodule //顶层模块： `timescale 10ns/1ns module test; reg A, B ; wire OUTZ ; wire OUTX ; initial begin A = 1; B = 0; # 1.28 B = 1; # 3.1 A = 0; end AndFunc u_and(OUTZ, A, B) ; OrFunc u_and(OUTX, A, B) ; endmodule此例中，仿真 test 时，OrFunc 中的 #5.207 延时依然对应 52ns。`timescale 的时间精度设置是会影响仿真时间的。时间精度越小，仿真时占用内存越多，实际使用的仿真时间就越长。所以如果没有必要，应尽量将时间精度设置的大一些。 `default_nettype 该指令用于为隐式的线网变量指定为线网类型，即将没有被声明的连线定义为线网类型。`default_nettype wand该实例定义的缺省的线网为线与类型。因此，如果在此指令后面的任何模块中的连线没有说明，那么该线网被假定为线与类型。`default_nettype none该实例定义后，将不再自动产生 wire 型变量。例如下面第一种写法编译时不会报 Error，第二种写法编译将不会通过。//Z1 无定义就使用，系统默认Z1为wire型变量，有 Warning 无 Error module test_and( input A, input B, output Z); assign Z1 = A & B ; endmodule//Z1无定义就使用，由于编译指令的存在，系统会报Error，从而检查出书写错误 `default_nettype none module test_and( input A, input B, output Z); assign Z1 = A & B ; endmodule`celldefine module ( input clk, input rst, output clk_pll, output flag); …… endmodule `endcelldefine