Verilog HDL基礎(chǔ)教程之：程序基本結(jié)構(gòu)

例4：自行設(shè)計(jì)的三態(tài)驅(qū)動(dòng)器。

module trist1（out,in,enable）; //三態(tài)啟動(dòng)器模塊端口聲明

output out; //端口說(shuō)明

input in, enable;

mytri tri_inst（out,in,enable）;//實(shí)例化由mytri模塊定義的實(shí)例元件tri_inst

endmodule

module mytri（out,in,enable）; //三態(tài)啟動(dòng)器模塊端口聲明

output out; //端口說(shuō)明

input in, enable;

assign out = enable? in : 'bz; //三態(tài)啟動(dòng)器算法描述

endmodule

這個(gè)例子通過(guò)另一種方法描述了一個(gè)三態(tài)門。在這個(gè)例子中存在著兩個(gè)模塊。模塊trist1調(diào)用由模塊mytri定義的實(shí)例元件tri_inst。模塊trist1是頂層模塊。模塊mytri則被稱為子模塊。

通過(guò)上面的例子可以看到。

• Verilog HDL程序是由模塊構(gòu)成的。每個(gè)模塊的內(nèi)容都是嵌在module和endmodule兩個(gè)語(yǔ)句之間。每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)特定的功能。模塊是可以進(jìn)行層次嵌套的。正因?yàn)槿绱?才可以將大型的數(shù)字電路設(shè)計(jì)分割成不同的小模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能,最后通過(guò)頂層模塊調(diào)用子模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)整體功能。
• 每個(gè)模塊要進(jìn)行端口定義,并說(shuō)明輸入輸出口,然后對(duì)模塊的功能進(jìn)行行為邏輯描述。
• Verilog HDL程序的書寫格式自由,一行可以寫幾個(gè)語(yǔ)句,一個(gè)語(yǔ)句也可以分寫多行。
• 除了endmodule語(yǔ)句外,每個(gè)語(yǔ)句和數(shù)據(jù)定義的最后必須有分號(hào)。
• 可以用“/*.....*/”和“//.......”對(duì)Verilog HDL程序的任何部分作注釋。一個(gè)好的、有使用價(jià)值的源程序都應(yīng)當(dāng)加上必要的注釋,以增強(qiáng)程序的可讀性和可維護(hù)性。

模塊的框架

模塊的內(nèi)容包括I/O聲明、I/O說(shuō)明、內(nèi)部信號(hào)聲明和功能定義。

1．I/O聲明

模塊的端口聲明了模塊的輸入輸出端口，其格式如下：

Module 模塊名（端口1，端口2，端口3，端口4, …）;

2．I/O說(shuō)明

I/O說(shuō)明的格式如下：

輸入口：input 端口名1，端口名2，…，端口名i； //（共有i個(gè)輸入口）

輸出口：output 端口名1，端口名2，…，端口名j； //（共有j個(gè)輸出口）

I/O說(shuō)明也可以寫在端口聲明語(yǔ)句里，其格式如下：

module module_name（input port1,input port2,…,output port1,output port2… ）

3．內(nèi)部信號(hào)聲明

在模塊內(nèi)用到的和與端口有關(guān)的wire和reg變量的聲明，如下所示：

reg ［width-1 : 0］ R變量1，R變量2 …；

wire ［width-1 : 0］ W變量1，W變量2 …；

4．功能定義

模塊中最重要的部分是邏輯功能定義部分，有3種方法可在模塊中產(chǎn)生邏輯。

（1）用“assign”聲明語(yǔ)句。

assign a = b c;

這種方法的句法很簡(jiǎn)單，只需寫一個(gè)“assign”，后面再加一個(gè)方程式即可。例子中的方程式描述了一個(gè)有兩個(gè)輸入的與門。

（2）用實(shí)例元件。

and and_inst（ q, a, b ）;

采用實(shí)例元件的方法在電路圖輸入方式下，調(diào)入庫(kù)元件。鍵入元件的名字和相連的引腳即可，表示在設(shè)計(jì)中用到一個(gè)跟與門（and）一樣的名為and_inst的與門，其輸入端為a、b，輸出為q。要求每個(gè)實(shí)例元件的名字必須是惟一的，以避免與其他調(diào)用與門（and）的實(shí)例混淆。

（3）用“always”塊。

always @（posedge clk or posedge clr） begin //時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，異步清零

if（clr） q = 0; //清零

else if（en） q = d; //使能賦值

end

采用“assign”語(yǔ)句是描述組合邏輯最常用的方法之一，而“always”塊既可用于描述組合邏輯，也可描述時(shí)序邏輯。上面的例子用“always”塊生成了一個(gè)帶有異步清除端的D觸發(fā)器。

“always”塊可用很多種描述手段來(lái)表達(dá)邏輯，例如上例中就用了“if...else”語(yǔ)句來(lái)表達(dá)邏輯關(guān)系。如按一定的風(fēng)格來(lái)編寫“always”塊，可以通過(guò)綜合工具把源代碼自動(dòng)綜合成用門級(jí)結(jié)構(gòu)表示的組合或時(shí)序邏輯電路。需要注意的是，如果用Verilog模塊實(shí)現(xiàn)一定的功能，首先應(yīng)該清楚哪些是同時(shí)發(fā)生的，哪些是順序發(fā)生的。

上面3個(gè)例子分別采用了“assign”語(yǔ)句、實(shí)例元件和“always”塊。這3個(gè)例子描述的邏輯功能是同時(shí)執(zhí)行的。也就是說(shuō)，如果把這3項(xiàng)寫到一個(gè)Verilog模塊文件中去，它們的次序不會(huì)影響邏輯實(shí)現(xiàn)的功能。這3項(xiàng)是同時(shí)執(zhí)行的，也就是并發(fā)的。

然而，在“always”模塊內(nèi)，邏輯是按照指定的順序執(zhí)行的。“always”塊中的語(yǔ)句稱為“順序語(yǔ)句”，因?yàn)樗鼈兪琼樞驁?zhí)行的。請(qǐng)注意，兩個(gè)或更多的“always”模塊也是同時(shí)執(zhí)行的，但是模塊內(nèi)部的語(yǔ)句是順序執(zhí)行的。

看一下“always”內(nèi)的語(yǔ)句，就會(huì)明白它是如何實(shí)現(xiàn)功能的。“if…else… if”必須順序執(zhí)行，否則其功能就沒(méi)有任何意義。如果else語(yǔ)句在if語(yǔ)句之前執(zhí)行，功能就會(huì)不符合要求。為了能實(shí)現(xiàn)上述描述的功能，“always”模塊內(nèi)部的語(yǔ)句將按照書寫的順序執(zhí)行。