Verilog初级教程（1）认识 Verilog HDL

文章目录

• • 背景
  • 正文介绍
    • Verilog有什么用途？
    • 如何验证Verilog设计的功能？
    • Verilog设计模板

集成电路的设计经历了从原理图绘制（工程师在纸上绘制晶体管及其连接，以便对其设计，使其可以在硅上制造）到硬件描述语言的转变，这是因为大型的设计，如果使用原理图的方式进行设计会耗费大量的人力、时间和资源等，这催生着硬件描述语言的诞生！

硬件描述语言最开始出现的VHDL，它是1983年，应美国国防部要求开发的，目的是记录供应商公司将其包括在设备中的ASIC的行为。

硬件描述语言允许工程师描述所需硬件的功能，并使得EDA工具将该行为转换为组合逻辑以及时序逻辑之类的实际硬件单元，VHDL很快得到了发展！

Verilog的开发旨在简化开发流程，并使得硬件描述语言（HDL）更加的健壮和灵活。如果，Verilog已经成为全球使用地区最多的硬件描述语言。

如下图，来自于参考资料2，显示了使用Verilog以及VHDL的地域区别，

Verilog创建了一种抽象级别，以帮助隐藏电路实现及其细节，让我们能关注于电路的行为。

举个例子：

module ctr (
    input up_down,
    input clk,
    input rstn,
    output reg [2:0]  out
    );
 
    always @ (posedge clk)
      if (!rstn)
        out <= 0;
      else begin
        if (up_down)
          out <= out + 1;
        else
          out <= out - 1;
      end
  endmodule

           

这段设计描述的电路是一种计数器，输入信号up_down有效时候，计数递增，否则递减！

这很清晰地让我们知道Verilog长什么样子，我们不需要描述电路的实现细节，而只需要描述电路的行为或者功能即可，这大大提高了开发效率！

打个不恰当的比喻，也许能帮助理解，如果将Verilog描述的电路比作一个灯泡，那么验证的方式就是给灯泡通电，测试灯泡亮或不亮，以此达到验证的目的。

通过不同的方法对设计进行检查，统称为验证。验证的最普遍和广泛实践的方法是电路仿真。有一些软件工具可以了解Verilog中描述的硬件应如何工作并为设计模型提供各种输入刺激。然后对照预期值检查设计的输出，以查看设计在功能上是否正确。

所有仿真均由EDA(电子设计自动化)软件工具执行，并且Verilog设计RTL放置在称为testbench的平台内。在测试平台内，各种测试为设计提供了不同的刺激。下图显示了这样的测试平台。

module [design_name] ( [port_list] );
 
  [list_of_input_ports]
  [list_of_output_ports]
 
  [declaration_of_other_signals]
 
  [other_module_instantiations_if_required]
 
  [behavioral_code_for_this_module]
endmodule

           

1. 模块定义和端口列表声明
2. 输入和输出端口列表
3. 使用允许的Verilog数据类型声明其他信号
4. 设计可能依赖于其他Verilog模块，因此它们的实例是通过模块实例化创建的
5. 描述该模块行为的此模块的实际Verilog设计

例如下面的verilog设计显示了一个D触发器的行为：

// "dff" is the name of this module 
 
module  dff  (
    input   d,       // Inputs to the design should start with "input"
    input rstn,
    input clk,
    output reg   q);     // Outputs of the design should start with "output"
 
 
  always @ (posedge clk) begin   // This block is executed at the positive edge of clk 0->1
    if (!rstn)          // At the posedge, if rstn is 0 then q should get 0
      q <= 0;
    else 
      q <= d;         // At the posedge, if rstn is 1 then q should get d
  end
endmodule               // End of module
 

           

module tb;
 
  // 1. Declare input/output variables to drive to the design
  reg   tb_clk;
  reg   tb_d;
  reg   tb_rstn;
  wire   tb_q;
 
  // 2. Create an instance of the design
  // This is called design instantiation
  dff   dff0 (   
          .clk   (tb_clk),     // Connect clock input with TB signal
          .d     (tb_d),     // Connect data input with TB signal
          .rstn   (tb_rstn),     // Connect reset input with TB signal
          .q     (tb_q));     // Connect output q with TB signal
 
  // 3. The following is an example of a stimulus
  // Here we drive the signals tb_* with certain values
  // Since these tb_* signals are connected to the design inputs,
  // the design will be driven with the values in tb_*
  initial begin
    tb_rsnt   <=   1'b0;
    tb_clk     <=   1'b0;
    tb_d     <=  1'b0;
  end
endmodule