always @ ( * ) begin y = 0; if ( ! sel ) y = a; else y = b; end

时间: 2024-02-14 19:22:42 浏览: 101

SystemVerilog Guide Zachary Yedidia.pdf

### SystemVerilog基础知识与应用详解 #### 一、引言《SystemVerilog Guide》由哈佛大学计算机科学系的Zachary Yedidia撰写，旨在为读者提供一份全面且深入的SystemVerilog学习指南。本书内容涵盖了从基本概念到高级应用的多个方面，适合初学者入门以及进阶学习。 #### 二、SystemVerilog简介 SystemVerilog是一种用于硬件描述的语言，它结合了Verilog的基础特性以及一系列增强功能，如高级数据类型、面向对象编程支持等，使得设计者能够更高效地进行数字系统的设计与验证工作。 #### 三、门级组合逻辑建模 ##### 3.1 模块(Module) 模块是SystemVerilog的基本构建单元，用来定义电路的功能和结构。一个典型的模块定义包括输入(input)、输出(output)以及内部信号(wire)的声明，还包括具体的逻辑实现。 - **语法**： ```verilog module moduleName( input [width-1:0] input_signal, output reg [width-1:0] output_signal ); // 逻辑实现 endmodule ``` - **示例**：一个简单的2输入与门。 ```verilog module and_gate(input a, b, output y); assign y = a & b; endmodule ``` ##### 3.2 字面量(Literals) 字面量是指在代码中直接给出的值，如二进制数、十六进制数等。这些值可以直接赋给变量或用作比较操作中的标准值。 - **示例**： ```verilog wire [3:0] a = 4'b1010; // 二进制赋值 wire [3:0] b = 4'hA; // 十六进制赋值 ``` ##### 3.3 参数(Parameters) 参数用于定义模块内的常量，可以在实例化模块时通过参数传递来指定这些常量的值，从而提高模块的复用性。 - **示例**： ```verilog module adder #(parameter WIDTH=8)( input [WIDTH-1:0] a, input [WIDTH-1:0] b, output reg [WIDTH-1:0] sum ); always @(*) begin sum = a + b; end endmodule ``` #### 四、寄存器传输级(RTL)组合逻辑建模 ##### 4.1 连续赋值(Continuous Assignments) 连续赋值语句(`assign`)用于描述组合逻辑电路的行为，其特点是当输入信号发生变化时，输出信号会立即更新。 - **示例**： ```verilog module mux2to1(input sel, a, b, output y); assign y = (sel ? b : a); endmodule ``` ##### 4.2 生成语句(Generate) 生成语句允许根据条件创建重复的模块实例或逻辑块，这对于实现复杂的电路结构非常有用。 - **示例**： ```verilog generate for (genvar i=0; i<4; i=i+1) begin : gen_demux demux2to1 #(.WIDTH(8)) demux(i, in, out[i], sel); end endgenerate ``` ##### 4.3 始终块(always)用于组合逻辑设计 `always`块通常用于描述时序逻辑行为，但在某些情况下也可以用来实现组合逻辑电路。 - **示例**： ```verilog module xor_gate(input a, b, output y); always @(*) begin y = a ^ b; end endmodule ``` #### 五、时序电路建模 ##### 5.1 始终块(always) 始终块(`always`)是描述时序逻辑的核心结构，它支持多种敏感列表和事件控制机制，可以精确地表示触发器的行为。 - **示例**： ```verilog module dff(input clk, reset, d, output q); always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) q <= 1'b0; else q <= d; end endmodule ``` ##### 5.2 D触发器和寄存器 D触发器是最基本的时序元件之一，它可以存储一位数据，并在时钟边沿将输入的数据复制到输出端。 - **示例**： ```verilog module dff(input clk, reset, d, output reg q); always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) q <= 1'b0; else q <= d; end endmodule ``` ##### 5.3 D锁存器 D锁存器与D触发器类似，但它没有时钟信号，而是依靠使能信号来控制数据的传输。 - **示例**： ```verilog module dlatch(input enable, d, output reg q); always @(enable or d) begin if (enable) q <= d; end endmodule ``` ##### 5.4 一般时序电路设计在设计复杂的时序电路时，通常需要考虑时钟分配、时钟同步等问题，以确保电路的稳定性和可靠性。 - **示例**： ```verilog module counter(input clk, reset, output reg [3:0] count); always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) count <= 4'd0; else count <= count + 1; end endmodule ``` ##### 5.5 示例：移位寄存器移位寄存器是一类常见的时序电路，用于实现数据的串行或并行移动。 - **示例**： ```verilog module shift_register(input clk, reset, load, input [3:0] data_in, output reg [3:0] data_out); always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) data_out <= 4'd0; else if (load) data_out <= data_in; else begin data_out[3:1] <= data_out[2:0]; data_out[0] <= data_out[3]; // 反馈连接 end end endmodule ``` #### 六、有限状态机(FSM)建模 ##### 6.1 状态图状态图是用来描述有限状态机状态转换过程的一种图形化工具，它可以帮助设计者更好地理解系统的运行机制。 - **示例**： - **状态**：S0, S1, S2 - **输入**：A, B - **输出**：Y - **转换规则**：S0(A)→S1, S1(B)→S2, S2(A)→S0 ##### 6.2 一般FSM电路设计在设计有限状态机时，通常需要定义状态编码方式、状态转换逻辑以及输出逻辑等。 - **示例**： ```verilog module fsm(input clk, reset, input A, B, output reg Y); localparam S0 = 2'b00; localparam S1 = 2'b01; localparam S2 = 2'b10; reg [1:0] current_state, next_state; always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begin current_state <= S0; Y <= 1'b0; end else begin current_state <= next_state; case(current_state) S0: begin next_state = (A ? S1 : S0); Y = 1'b0; end S1: begin next_state = (B ? S2 : S1); Y = 1'b1; end S2: begin next_state = (A ? S0 : S2); Y = 1'b1; end endcase end end endmodule ``` ##### 6.3 枚举类型枚举类型可以用来定义状态的名称，这样可以提高代码的可读性和可维护性。 - **示例**： ```verilog module fsm(input clk, reset, input A, B, output reg Y); typedef enum {S0, S1, S2} state_t; reg [1:0] current_state, next_state; always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begin current_state <= S0; Y <= 1'b0; end else begin current_state <= next_state; case(current_state) S0: begin next_state = (A ? S1 : S0); Y = 1'b0; end S1: begin next_state = (B ? S2 : S1); Y = 1'b1; end S2: begin next_state = (A ? S0 : S2); Y = 1'b1; end endcase end end endmodule ``` ##### 6.4 FSM代码开发在编写有限状态机的代码时，需要特别注意状态转换逻辑的正确性以及输出逻辑的完整性。 - **示例**： ```verilog module fsm(input clk, reset, input A, B, output reg Y); localparam S0 = 2'b00; localparam S1 = 2'b01; localparam S2 = 2'b10; reg [1:0] current_state, next_state; always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begin current_state <= S0; Y <= 1'b0; end else begin current_state <= next_state; case(current_state) S0: begin next_state = (A ? S1 : S0); Y = 1'b0; end S1: begin next_state = (B ? S2 : S1); Y = 1'b1; end S2: begin next_state = (A ? S0 : S2); Y = 1'b1; end endcase end end endmodule ``` ##### 6.5 Mealy与Moore型状态机 Mealy型状态机的输出不仅依赖于当前的状态，还依赖于输入；而Moore型状态机的输出仅依赖于当前的状态。 - **Mealy型状态机示例**： ```verilog module mealy_fsm(input clk, reset, input A, B, output reg Y); localparam S0 = 2'b00; localparam S1 = 2'b01; localparam S2 = 2'b10; reg [1:0] current_state, next_state; always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begin current_state <= S0; Y <= 1'b0; end else begin current_state <= next_state; case(current_state) S0: begin next_state = (A ? S1 : S0); Y = A; // 输出取决于输入 end S1: begin next_state = (B ? S2 : S1); Y = 1'b1; end S2: begin next_state = (A ? S0 : S2); Y = 1'b1; end endcase end end endmodule ``` - **Moore型状态机示例**： ```verilog module moore_fsm(input clk, reset, input A, B, output reg Y); localparam S0 = 2'b00; localparam S1 = 2'b01; localparam S2 = 2'b10; reg [1:0] current_state, next_state; always @(posedge clk or posedge reset) begin if (reset) begin current_state <= S0; Y <= 1'b0; end else begin current_state <= next_state; case(current_state) S0: begin next_state = (A ? S1 : S0); Y = 1'b0; end S1: begin next_state = (B ? S2 : S1); Y = 1'b1; end S2: begin next_state = (A ? S0 : S2); Y = 1'b1; end endcase end end endmodule ``` #### 七、存储器建模 ##### 7.1 寄存器文件(Register File) 寄存器文件是包含一组寄存器的数据结构，常用于处理器的设计中。 - **示例**： ```verilog module reg_file( input clk, input [4:0] read_addr1, read_addr2, input [4:0] write_addr, input [31:0] write_data, output reg [31:0] read_data1, read_data2, input write_enable ); reg [31:0] memory [0:31]; always @(posedge clk) begin if (write_enable) begin memory[write_addr] <= write_data; end read_data1 <= memory[read_addr1]; read_data2 <= memory[read_addr2]; end endmodule ``` ##### 7.2 随机访问存储器(RAM) 随机访问存储器(RAM)是一种具有读写功能的存储器类型，它可以按照地址快速访问其中的任何位置。 - **示例**： ```verilog module ram( input clk, input [7:0] address, input [7:0] write_data, output reg [7:0] read_data, input write_enable ); reg [7:0] mem [0:255]; always @(posedge clk) begin if (write_enable) begin mem[address] <= write_data; end read_data <= mem[address]; end endmodule ``` 以上内容涵盖了《SystemVerilog Guide》中的部分核心知识点，希望能够帮助读者更好地理解和掌握SystemVerilog的应用。在实际项目开发中，还需要结合具体需求进行灵活运用。

这是一个 Verilog 代码段，实现的是一个 2:1 多路选择器。当 sel 信号为低电平时，输出信号 y 等于输入信号 a，当 sel 信号为高电平时，输出信号 y 等于输入信号 b。其中 "* "表示敏感所有输入信号的变化，当任一输入信号发生变化时，都会触发 always 块内的代码执行。"!"表示逻辑非运算符，即取反操作。

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always @ ( * ) begin y = 0; if ( ! sel ) y = a; else y = b; end

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wire a,b,sel; reg d; always@(aorborsel) begin if(sel==0) d=a; else d=b; end

module mux8( input [7 : 0] D, input [2 : 0] sel, output Y ); // 请在下面添加代码，采用if...else分支结构语句完成八选一多路选择器的建模 // 代码量预计11行 /****** Begin ******/ /****** End ******/ endmodule

always@(posedge Clk) begin Music_Count<=Music_Count+1; Sel<=Sel+1; if(MINH==5&&MINL==9&&SECH==5) begin if((SECL%2)==0) Spk<=Music_Count[2]; else Spk<=0; end else if(MINH==0&&MINL==0&&SECH==0&&SECL==0) Spk<=Music_Count[1]; else Spk<=0; end

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module mux8( input [7 : 0] D, input [2 : 0] sel, output Y ); // 请在下面添加代码，采用if...else分支结构语句完成八选一多路选择器的建模 // 代码量预计11行 / Begin / / End / endmodule