Verilog语法学习笔记

发表于 2022-09-07 更新于 2023-06-18 本文字数： 3k 阅读时长 ≈ 3 分钟

此文档包含我学习 Verilog 时遇到的问题，对于一些第一次遇到的 Verilog 关键字进行了记录

Verilog 基础

verilog 定义模块的时候，其输入端口只能定义成wire(从模块内部来看，外部输入给它的信号就是一个导线)，其输出端口可以定义成wire，也可以定义成reg
verilog 例化模块的时候，模块的输入端口可以链接到wire或者reg，模块的输出只能连接到wire(从模块外部来看，模块输送到外部的信号也只是一个导线)

组合逻辑电路：

简单的组合逻辑电路可以用assign语句来实现，例如:

module mux (
    input            sel ,
    input  [3:0]     p0 ,
    input  [3:0]     p1 ,
    output reg [3:0]    sout
  );

   assign sout = (sel==1'b0) ? p0:p1;
endmodule

复杂的组合逻辑电路可以用always@(*)来实现，由于实用了 always 语句，输出数据必须被声明为reg类型。但是不用担心它的结果会被锁存一拍，实际上其生成的电路跟assign语句生成的电路是一样的，例如下面的代码跟上面的代码，其生成的电路是一样的：

module mux (
  input            sel ,
  input  [3:0]     p0 ,
  input  [3:0]     p1 ,
  output reg [3:0]    sout
);

 //assign sout = (sel==1'b0) ? p0:p1;

 always @(*) begin
   if(sel==0) begin
     sout = p0;
   end
   else begin
     sout = p1;
   end
 end

endmodule

测试文件，一个简单的测试文件包括如下的重要部分：

信号声明（测试用例里面的信号，输入信号声明为reg，输出信号声明为wire
- 基础信号：时钟、复位
- 测试用例(dut)涉及到的相关信号
输入信号赋值:
- 生成周期时钟
- 生成 dut 输入信号
例化 dut
生成波形
进阶部分（文件操作&生成内部数组的波形）

module mux_tb ();

   reg clk,resetn; // 基本的信号：时钟、复位信号

   // 测试模块(dut)涉及到的信号
   reg sel;
   reg [3:0] p0, p1;
   wire [3:0] sout;

   // 控制测试周期&生成波形需要用到的信号
   integer i, counter;

   // 生成周期时钟
   initial begin
     clk<=0;
     counter <= 0;
     forever begin
       #1; clk<=~clk;
     end
   end

   // 设置每个周期的输入测试信号
   always@(posedge clk) begin
     if(counter==0)begin
       resetn <= 0;
       p0     <= 4'b110;
       p1     <= 4'b111;
       sel    <= 0;
     end

     if(counter==1)begin
       resetn <= 1;
     end

     if(counter==2)begin
       sel <= 1'b0;
     end

     if(counter==10)begin
       $finish();
     end

     counter+=1;
   end

   // 生成波形文件
   initial begin
     $dumpfile("mux_tb.vcd");
     $dumpvars(0, mux_tb);
   end
   // 例化测试对象
   mux muxInstance(
   .sel(sel),
   .p0(p0),
   .p1(p1),
   .sout(sout)
   );
   // 进阶1：从文件读取输入数据&输出结果到文件
   // 进阶2：打印波形的时候，打印内部的数组（默认情况下是不会打印dut内部数据数据的
 endmodule

文件操作：可以直接从文件读取数据来给“dut 输入信号赋值”，也可以直接通过文件读取数据“来给 dut 内部数组赋值”, 参考：runoob.com Verilog 文件操作

给 dut 输入信号赋值

integer fd, err;
integer code;
reg [640:0] str; // 打开文件错误时，返回值
reg [31:0] src; // 寄存器
//string str,str2;
initial begin
  fd = $fopen("compressDecoderInput.txt", "r"); // 打开一个文件
  err = $ferror(fd, str); // 判断该文件是否存在
  if(!err)begin // 如果文件打开成功
   // code = $fread(src, fd);
   code =$fscanf(fd, "%d", src); // 从文件里读取数据到寄存器里
   $display("src is %d", src);
  end
  $fclose(fd); // 关闭文件
end

给 dut 内部数组赋值

initial begin
  //格式: readmemh(file, target, start, length)
  $readmemh("i-memory.txt", muxInstance.sramInstance.m_array,0,15);
end

输出 dut 内部数组的波形（verilog 默认情况下只会输出 dut 内部信号的波形，但是不会输出 dut 内部的数组的波形），因此需要手动通过一个循环，逐行输出 dut 的内部数组
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initial begin
$dumpfile("mux_tb.vcd");
$dumpvars(0, mux_tb);
for(i=0;i<16;i++) // 循环输出内部数组每一行的波形
$dumpvars(0, muxInstance.sramInstance.m_array[i]);
end

Makefile：使用 Makefile 是为了更方便地编译文件、运行仿真、生成波形

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# Makefile
src = compressDecoder
include iverilog.mk

 # iverilog.mk
.PHONY: clean all run waveform

DEFAULT_GOAL:=all
all: ${src}.v ${src}_tb.v
    @iverilog -o ${src}_tb.vvp ${src}_tb.v # @ means don't echo this command to terminal, just run it.

run: all
    vvp ${src}_tb.vvp

waveform: run
    @gtkwave ${src}_tb.vcd -a gtkwave_setup.gtkw

clean:
    -rm *vcd *vvp

打印控制信息: $write打印完后自动不换行、$display：打印完后要自动换行
逻辑符号：
- &&：逻辑与、&：按位与
- !: 逻辑取反、~：按位取反

Verilog 基础

FIFO