Verilog语法速成（二）

13.6 常量：

整数型

• 基数格式

– [size] ‘baseformat value

– size：以位计的常数的位宽；

– baseformat代表进制：八进制：o或O、二进制：b或B、十进制：d或D、十六进制：h或H

– 其中十六进制数值a到f以及x和z不区分大小写

• 注意事项

– 为了增加数值的可读性，可以在数字之间 增加下划线 ，例如“8’b1001_0011”表示位宽为8位的二进制数10010011。下划线可以随意使用在整数或实数中，但是 不能作为首字符 。

– 在二进制表示中，x,z只表示相应位的 逻辑状态 ；在八进制表示中，一位x或z代表 3个二进制位 都处于x或者z状态；在十六进制表示中，一位x或z代表 4个二进制位 都处于x或者z状态。

– 当 没有说明位宽 [size]时，整数的位宽为 机器的字长 （至少为32位）；当位宽比数值的实际二进制位少时， 高位部分会被舍去 ；当位宽比数值的实际二进制位多时，且最高位为0或1时， 则高位由0填充 ；当位宽比数值的实际二进制位多时，且 最高位为x或z时 ，则高位相应 由x或z填充 。

示例：

• 3’b101：位宽为三位的二进制数：二进制101，十进制数值为：5，合法

• 5’o37：位宽为5位的八进制数，虽然一个八进制数的位宽为3，但是八进制3转换为2进制为011，故可以省去0位，即合法，十进制数值为：31.

• 12’habc：位宽为12位的十六进制数，其中abc为三个十六进制数，每个十六进制数的位宽为4，故总和为12，合法，十进制数值为：2748

• -4d’10：非法，“ ‘ “符号位置错误

• 4’b1x0x：合法，其中从低位到高位的第一位和第三位为未知，故数值未知

• 12’h13x：合法，十二位位宽，十六进制，其中从低位到高位的第一位十六进制数为未知数，故数值未知

• 32’bz：合法，这是三十二位位宽，二进制数，其为高阻态。

• 23456：合法，默认为十进制，23456.

• ‘hc3：合法，默认为至少32位（机器的字长），其十进制值为：195

• 4’d-8：不合法，数值其中有非法字符

• 3’[]b101：不合法，b前有非法字符

• (3+2)’b11010：不合法，位宽限制不可有算术符号。

实数型（少用）

– 实数常量可以用十进制或科学表示法表示。

12 unsized decimal (zero-extended to 32 bits)
'H83a unsized hexadecimal (zero- extended to 32 bits)
8'b1100_ 0001 8-bit binary
64'hff01 64-bit hexadecimal (zero- extended to 64 bits)
9'O17 9-bit octal
32'bz01x Z-extended to 32 bits
3’b1010_ 1101 3-bit number, truncated to 3’b101
6.3 decimal notation
32e- 4 scientific notation for 0.0032
4.1E3 scientific notation for 4100

字符串型

Verilog中，字符串大多用于显示信息的命令中（$display and $monitor）。

• 8位ASCII值表示的字符可看作是无符号整数

• 字符串要在一行中用双引号括起来，也就是不能跨行。

• 字符串中可以使用一些C语言转义(escape)符，如\t \n

• 可以使用一些C语言格式符(如%b)在仿真时产生格式化输出：

”This is a normal string”

”This string has a \t tab and ends with a new line\n”

”This string formats a value: val = %b”

如果字符串被用作Verilog HDL中表达式或者赋值语句中的操作数，则每个字符串（包括空格）被看做是8位的ASCII值序列，即一个字符对应8位的ASCII值。比如，为了储存字符串“hello world!”，就需要定义一个8*12位的变量：

reg[1:8*12] message;

initial

begin

message =“hello world!”;

end

转义符及格式符将在验证支持部分讨论

格式符

转义符

格式符%0d表示没有前导0的十进制数

13.7 参数型

• 在Verilog HDL中，参数是一个非常重要的数据类型，属于常量，在 仿真开始之前 就被赋值，在 仿真过程中保持不变 。采用参数定义方法可以提高程序的 可读性 和维护性。参数常用来定义延迟时间和变量的位宽。

• 参数类型的定义格式：

• parameter 参数名1=表达式1，参数名2=表达式2，………，参数名n=表达式n；

• 其中，表达式既可以是常数，也可以是表达式。参数定义完以后，程序中出现的所有的参数名都将被替换为相对应的表达式。

• 如：parameter LENGTH=32,WEIGHT=16;

• 用参数声明一个可变常量，常用于定义延时及宽度变量。

• 参数定义的语法：parameter <list_of_assignment>;

• 可一次定义多个参数， 用逗号隔开 。

• 在使用文字(literal)的地方都可以使用参数。

• 参数的定义是 局部 的，只在 当前模块 中有效。

• 参数定义可使用 以前定义的整数和实数参数 。

注意： 参数file不是string，而是一个整数，其值是所有字母的 扩展ASCII值 。若file=“AB”，则file值为8‘h4142。用法：

$fopen(file);

$display(“%s”, file);

13.8 变量型

Reg & Wire

1）Wire型： 线网表示逻辑单元的物理连接，可以对应为电路中的 物理信号连线 ，这种变量类型不能保持电荷（除trireg之外）。连线型变量必须要有 驱动源 ，一种是连接到一个们或者模块的 输出端 ，另一种是用assign 连续赋值语句对它进行赋值 。若没有驱动源，将保持高阻态z （除trireg之外）。

2）定义语法：

wire [msb:lsb] 变量名1,变量名2, ...,变量名n;

其中，msb和lsb定义了范围，它们之间用冒号分隔，并且均为常数表达式。如果没有定义范围，则缺省值为1位变量。下面是一些wire型变量定义的一些例子：

wire a,b; //定义了两个wire类型的变量

wire L; //定义了一个wire类型的变量

wire[7:0] databus; //定义了一组8位总线

wire[32:1]busA, busB, busC; //定义了三组32位总线

3）不同的wire类型

线网型数据类型

功能说明

wire,tri

标准连线（缺省为该类型）

wor,trior

多重驱动时，具有线或特性的连线型

trireg

具有电荷保持特性的连线型数据

tri1

上拉电阻

tri0

下拉电阻

supply0

电源线，用于对“地”建模，为低电平0

supply1

电源线，用于对电源线建模，为高电平1

wand，trand

多重驱动时，具有线与特性的连线型

最常见的是wire（连线）和tri（三态线）两种，它们的语法和语义一致。不同之处在于：wire型变量通常用来表示单个门驱动或连续赋值语句驱动的连线型数据。tri型数据变量则用来表示 多驱动器驱动的连线型数据，主要用于定义三态的线网 。

wor和tiror代表多重驱动时，具有 线或特性 的线网类型。

wand和tirand代表多重驱动时，具有 线与特性 的线网类型。

wand/triand

• tri0的特征是，若 无驱动源驱动 ，其值为0，用于 下拉电阻 建模。

• tri1的特征是，若 无驱动源驱动 ，其值为1，用于 上拉电阻 建模。

trio/ tri1

• supply0用于对“地”建模，即低电平0；

• supply1用于对电源建模，即高电平1；

• 如supply0表示Gnd. Supply1表示Vcc。

• trireg线网能存储数值（类似于寄存器型数据类型），并且用于 电容节点 的建模。当三态寄存器（trireg）的所有驱动源都处于高阻态（z）时，三态寄存器线网将保持作用在线网上的最后一个逻辑值。三态寄存器线网的缺省初始值为x。

• 一个trireg网络型数据用于模拟电荷存储。电荷量强度可以下面的关键字来控制： small、medium、；large 。默认的电荷强度为medium。一个trireg网络型数据能够模拟一个电荷存储节点，该节点的电荷量将随时间而逐渐衰减。对于一个trireg网络型数据，仿真时其电荷衰减时间应当制定为延迟时间。

4）关键点：

• 线网被合并到连接，但这些可以被优化掉

• 除了wire 外， 综合工具不支持 其他线网类型

• 甚至在建立隐式声明时，也要在每个模块的 顶部明确声明所有线网 。这样通过明确意图，增加了Verilog 代码的可读性和可维护性

• 只用supply0 和supply1 声明地和电源线网

1）reg型： 寄存器保存在initial always task 和function 内赋的值。

• reg是最常用的寄存器类型

• Reg型变量时最常见也是最重要的寄存器型数据类型，它是数据存储单元的抽象类型，其对应的硬件电路元件具有状态保持作用，能够存储数据，如触发器、锁存器等。reg型变量常用于 行为级描述 中，由过程赋值语句对其进行赋值。

• reg 型数据域wire型数据的区别在于，reg型数据类型 保持最后一次的赋值 ，而wire型数据需要有 持续的驱动 。一般情况下，reg型数据的默认初始值为不定值x，缺省时的 位宽为1 位。

• 2）定义语法 ：

– reg [ Range] RegisterOrMemory,...;

– integer RegisterOrMemory,...;

– time RegisterOrMemory,...;

– real RegisterName,...;

• 规则

– 寄存器只能用过程赋值来赋值

– 在 给定的设备 中，integer 有最大大小，但它 至少 有32 位。time 寄存器的长度也有相似的保证，但它 至少 有64 位

– 类型是integer 或time 的寄存器一般像有相同数量位数的reg 一样运转。Integer 和time 的个别位和部分选择可以和reg 一样建立。但在表达式中，integer 的 值作为有符号数处理 ，而reg 或time的值作为 无符号数处理

– 在 同一时间只能访问（读或写） 存储器数组的一个 完整元素 。要 访问存储器数组一个元素的个别位 ，该元素的内容首先要被复制到一个适当的寄存器

– 寄存器这个术语也表示一个 硬件寄存器 （即触发器），名字是假设表示一个软件寄存器（即一个变量）。Verilog 寄存器可以并用于描述和合并组合逻辑、锁存器、触发器和连接

– 用reg 描述逻辑，integer 描述循环变量和计算，real 在系统模型中使用，time 保存测试装。 real、time 和integer 不可综合

• net声明

<net_type> [range] [ delay ] <net_name>[, net_name];

net_type： net类型

range: 矢量范围，以[MSB：LSB]格式

delay： 定义与net相关的延时

net_name: net名称，一次可定义多个net, 用逗号分开。

• 寄存器声明

<reg_type> [range] <reg_name>[, reg_name];

reg_type：寄存器类型

range： 矢量范围，以[MSB：LSB]格式。只对reg类型有效

reg_name ：寄存器名称，一次可定义多个寄存器，用逗号分开

• 书写规范建议

– 对数值类型，按降序方式定义位宽

• 1）存储器型（memory）： 本质上还是 寄存器型变量阵列 ，只是Verilog HDL语言中没有多维数组，所有就用reg型变量建立寄存器组来实现存储器的功能，也就是扩展的reg型数据地址范围。存储器型变量可以描述 RAM型 、 ROM型存储器 以及reg文件。数组中的每一个单元通过一个数组索引进行寻址。

• 存储器型变量的一般声明格式：

• reg<rangel1><name_of_register><range2>;

• 其中，range1和range2都是可选项，缺省时都为1.

• range1：表示存储器中寄存器的位宽，格式为[msb:lsb]

• range2:表示寄存器的个数，格式为[msb:lsb]，即有msb-lsb+1个

• name_of_register：变量名称列表，一次可以定义多个名称，之间用逗号分开。

存储器类型举例：

• reg[7:0] mem1[255:0]; //定义了一个有256个8位寄存器的存储器mem1 地址范围是0到255.

• reg[15:0]mem2[127:0],reg1,reg2;//定义了一个具有128个16位寄存器的存储器mem2和2个16位的寄存器reg1和reg2

•

• 2）注意： memory型和reg型数据的差别。一个由n个1位寄存器构成的寄存器和一个n位寄存器的 意义是不同的 。

• reg[n-1:0]a; //表示一个n位的寄存器a

• reg mem1[n-1:0]; //表示一个由n个1位寄存器构成的存储器mem1.

• 一个n位的寄存器可以在一条赋值语句里进行赋值，而一个完整的存储器则不行。

• 如果想对存储器中的存储单元进行读写操作，则必须指定该单元在存储器中的地址。

• 如：mem1[2]=0;//给mem1存储器中的第三个存储单元赋值为0

13.9 信号分类：

信号可以分为端口信号和内部信号。出现在端口列表中的信号是端口信号，其它的信号为内部信号。

对于端口信号，输入端口 只能是net类型 。输出端口可以是 net类型 ，也可以是 register类型 。若输出端口在过程块中赋值则为register类型；若在过程块外赋值(包括实例化语句），则为net类型。

内部信号类型与输出端口相同，可以是net或register类型。判断方法也与输出端口相同。若在过程块中赋值，则为register类型；若在过程块外赋值，则为net类型。

若信号既需要在过程块中赋值，又需要在过程块外赋值。这种情况是有可能出现的，如决断信号。这时需要一个中间信号转换。

13.10 运算符：

• 1）常用的算术运算符

– 加法+

– 减法-

– 乘法*

– 除法/

– 求模%

• 应注意的问题

– 算术操作结果的位数长度

• 算术表达式 结果的长度由最长的操作数 决定

– 有符号数和无符号数

• 在设计中，请先按无符号数进行,无符号数的值一般存储在线网、reg（寄存器）变量及普通（没有符号标记s）的基数格式表示的整数型中，有符号数值一般存储在存储在整型变量、十进制形式的整数、有符号的reg（寄存器）变量及有符号的线网中

• 2）关系运算符

>（大于）

<（小于）

>=（不小于）

<=（不大于）

• 关系操作符的结果为真（1）或假（0）。如果操作数中 有一位为x或z ，那么 结果为x

• 3）相等关系运算符

==（逻辑相等）

===（全等于）

!=（逻辑不等）

!==（不全等）

• 相等关系运算符是对两个操作数进行比较，比较的结果有三种：真1，假0，和 不定值（x）.

• Verilog HD语言中四种相等关系运算符：等于（==）、不等于（！=）、全等于（===）。

• 这四种运算符都是双目运算符，要求有两个操作数。他们的优先级是相同的。

• “==”和“！=”称为逻辑等式运算符，其结果有两个操作数的值决定，由于操作数中某些位可 能是不定值x和高阻态值z，所以结果可能是不定值x。

• “===”和“！==”运算符则不同，他是对操作数按位比较，两个操作数必须完全一样，其结果才是1，否则都是0.但是，若两个操作数 对应位出现不定值x和高阻值z，则可以认为是相同的。

• “===”和“！==”运算符常用于case表达式的判别，所以又称为“case”等式运算符。

• 4）逻辑运算符

• 逻辑与运算符“&&”

• 逻辑或运算符“||”

• 逻辑非运算符（！）

其中逻辑与和逻辑或，是双目运算符。

逻辑非为单目运算符。

在逻辑运算符的操作中，如果操作数是1位的，那么1就代表逻辑真，0就代表逻辑假。

如果是操作数是由多位的，则当操作数每一位都是0时才是逻辑0值，只要有一位1，这个操作数就是逻辑1值。

例如：寄存器变量a、b的初值分别是4’b1110和4’b0000,则

!a=0, !b=1; a&&b=0; a||b=1;

需要注意的是，若操作数中 存在不定态x ，则逻辑运算的结果 也是不定态x 。

• 5）数字逻辑电路中，信号与信号之间的运算称之位运算符。

Verilog HDL提供了一下五种类型的位运算符：

• 按位取反（~） （相当于非门运算）

• 按位与（&）（相当于与门运算）

• 按位或（|）（相当于或门运算）

• 按位异或（^）（相当于异或门运算）

• 按位同或（^~）（相当于同或门运算）

• 位逻辑运算对其自变量的每一位进行操作。

6）归约操作符

• 归纳运算符按位进行逻辑运算，属于 单目运算符 。由于这一类运算符操作的结果产生1位逻辑值，因而被形象地称为 缩位运算符 。

• 在Verilog HDL中，缩位运算符包括&（与）、|（或）、^（异或）以及相应的非操作~&、 ~|、 ~^、 ^~ .归纳运算符的操作数只有一个。这里需注意和位运算进行区别。

• 举例：a=4’b1101，则 &a= 1&1&0&1 =0

7）移位操作符

>> 逻辑右移

<< 逻辑左移

移位操作符对其左边的操作数进行向左或向右的位移位操作。

第二个操作数（移位位数）是无符号数

若第二个操作数是x或z则结果为x

<< 将左边的操作数左移右边操作数指定的位数

>> 将左边的操作数右移右边操作数指定的位数

在赋值语句中，如果右边(RHS)的结果:

位宽大于左边，则把 最高位截去

位宽小于左边，则 零扩展

8）条件运算符

• 语法结构：cond_expr?expr1:expr2

• 如果cond_expr为真，选择expr1；如果cond_expr为假，选择expr2。如果cond_expr为x或z，结果将是按以下逻辑expr1和expr2按位操作的值：0与0得0，1与1得1，其余情况为x。

9）连接运算符

• 语法定义：

– {expr1,expr2,…,exprN}

• 例如：

wire [7:0] Dbus;

assign Dbus[7:4]={Dbus[0], Dbus[1], Dbus[2], Dbus[3]};

assign Dbus={Dbus[3:0],Dbus[7:4]};

10）复制运算符

{Const_int{Var}} 复制一个变量或在{ }中的值

前两个{ 符号之间的正整数Const_in指定 复制次数 。

示例：

module replicate ();

reg [3: 0] rega;

reg [1: 0] regb, regc;

reg [7: 0] bus;

initial begin

rega = 4’b1001;

regb = 2'b11;

regc = 2'b00;

end

initial fork

#10 bus <= {4{regb}}; // bus = 11111111

// regb is replicated 4 times.

#20 bus <= { {2{regb}}, {2{regc}} };

// bus = 11110000. regc and regb are each

// replicated, and the resulting vectors

// are concatenated together

#30 bus <= { {4{rega[1]}}, rega };

// bus = 00001001. rega is sign-extended

#40 $finish;

整理：SANGHUSUN

四川大学物理学院ASIC设计实验室

E-mail:SANGHUSUN @foxmail.com

2020.07.31