Verilog电路设计思路

使用Verilog设计电路的一些思路

注意事项:

时序逻辑电路使用非阻塞赋值

组合逻辑电路使用阻塞赋值

组合逻辑电路

• 概念：输出仅由当前的输入决定
• 注意：不能蕴含触发器的逻辑，即不具有记忆功能（case语句的default子句、连续赋值语句、电平敏感的always语句）
• 常见的组合逻辑电路：复用器、译码器、编码器、三态缓冲器、比较器、加法器、乘法器。
• 实现方法：
  • 使用assign连续赋值语句（数据流级）和电平敏感的always行为语句（行为级）
  • 使用always引导的语句块实现对于中间变量的逻辑运算
  • 使用assign引导的连续赋值语句实现简单变换和多路输出（如果有的话）
  • 注意：always的使用的中间变量为reg型，assign和子模块使用的中间变量为wire型
• 设计思路：
  • 给定电路原理图：使用门原语和模块实例
  • 给定布尔方程：使用连续赋值语句和布尔运算（真值表得到布尔方程）
  • 给定模块功能/IO（真值表）：使用行为级描述（if/case配合真值表）
• 可采用的设计模式：
  • assign连续赋值语句 + 条件表达式（？：） + 布尔运算
  • always语句块 + 条件表达式（？：）
  • always语句块 + 条件语句（if/case）
  • assign连续赋值语句 + 函数（function [automatic]）可以在数据流语句中引入行为级语句逻辑
  • always语句块 + 函数（function [automatic]）
  • always语句块 + 任务（task [automatic]）
  • 建议不直接修改输出变量，而是使用中间变量，在输出时使用assign实现（综合好像能得到一个buf）

时序电路

• 概念：输出由当前输入和内部的状态决定
• 注意：具有记忆功能，内部包含==锁存器latch（电平敏感）和触发器flip-flop（边沿敏感）==等储存器件，case语句的default子句可以为空
• 常见时序电路：锁存器latch、触发器flip-flop
• 实现方法：
  • 使用always引导的语句块（电平敏感或边沿敏感）实现逻辑运算
  • 使用assign引导的连续赋值语句实现简单变换和多路输出（例如assign qbar=～q）
  • 不能使用门原语，门原语定义的时序电路不可综合（例如使用两个与非门实现的RS锁存器）
• 时序逻辑：
  • 同步控制（复位/置位）：
    • 只有在时钟信号的有效跳变沿状态才能改变
    • always的事件控制列表没有复位/置位信号
    • 语句块中先检查复位/置位信号，然后执行其他逻辑。使用嵌套的if-else可以控制复位/置位/输入逻辑的优先级（复位>置位>其他逻辑）
  • 异步控制（复位/置位）：
    • 复位/置位信号激活时立即响应
    • always的控制列表中包括时钟边沿和复位/置位信号边沿
    • 语句块中先检查是时钟触发的还是复位/置位信号触发的，并执行相应的逻辑。使用嵌套的if-else指定优先级（复位>置位>其他逻辑）

可综合电路

• 关键：使用Verilog HDL中的可综合子集
• 可综合的Verilog HDL结构
  • 端口：input, inout, output
  • 参数：parameter
  • 模块定义：module
  • 信号和变量：wire, reg, tri 允许向量
  • 实例调用：module instance primitive gate instance
  • 函数任务：function, task 不考虑时序结构
  • 过程：always, if, then, else, case 不支持initial
  • 过程块：begin, end, named block, disable
  • 数据流：assign 不考虑#延迟信息
  • 循环：for, while, forever 需要包含@(posedge clock)或@(negedge clock)
• 使用复位机制取代initial进行初始化
• 赋值
  • 组合逻辑电路使用阻塞赋值=
  • 时序电路使用非阻塞赋值<=
  • 同时描述时序和组合逻辑使用非阻塞赋值<=
• 编码风格
  • 有意义的信号和变量名
  • 避免混合使用上升沿触发和下降沿触发
  • 使用圆括号而不是运算优先级
  • 条件语句中说明所有的可能情况
  • 不要多个always对同一变量赋值

常见改错题思路

• 变量类型错误
  • 注意input和output的端口类型检查
• 变量位宽
• 赋值方式
  • 阻塞赋值和非阻塞赋值
• 敏感量列表
  • always的敏感量列表是电平触发还是边沿触发
• 位运算/逻辑运算