Verilog HDL：硬件描述语言入门与结构化描述

"这篇文档介绍了Verilog HDL语言在描述数字系统，特别是streaming systems时的结构化描述方法。Verilog HDL允许用户在不同抽象级别（如门级、晶体管级）进行设计，支持内置门原语、开关级原语、用户定义原语和模块实例化。文中通过一个全加器电路的实例展示了如何使用内置门原语进行结构描述。此外，还简要回顾了Verilog HDL的历史和主要功能，强调其作为硬件描述语言的灵活性和广泛适用性。" 在Verilog HDL中，结构化描述是构建数字系统模型的关键部分。描述形式主要包括以下几种： 1. **内置门原语**：这是最基本的描述层次，允许使用诸如AND、OR、NOT等逻辑门来构建电路。例如，在描述全加器电路时，可以通过`xor`和`and`原语来实现加法操作。 2. **开关级原语**：在更底层的晶体管级别，可以使用开关级原语来描述电路，这通常涉及到更细致的硬件细节，适用于模拟和优化。 3. **用户定义的原语**：为了实现特定功能或封装复杂逻辑，用户可以自定义原语。这有助于代码复用和模块化设计。 4. **模块实例化**：Verilog HDL支持模块化的层次化设计，通过模块实例化可以将设计分解为独立的子模块，每个子模块都可以独立设计和测试，然后组合成整个系统。 全加器电路的示例中，模块`FA_Str`包含了输入`A`, `B`, `Cin`和输出`Sum`, `Cout`，以及内部连线`S1`, `T1`, `T2`, `T3`。通过`xor`和`and`原语，实现了逻辑门之间的连接，形成完整的全加器逻辑。 Verilog HDL语言的其他重要特性包括： - **行为特性描述**：除了结构化描述，Verilog还支持行为描述，允许以类似程序的方式描述设计的逻辑行为。 - **数据流特性描述**：可以描述数据在设计中的流动路径和处理方式。 - **时序建模**：可以定义信号的延迟和时序关系，这对于模拟和验证至关重要。 - **设计验证**：提供了模拟和仿真工具，通过编程接口进行设计验证和监控。 - **语言的扩展性和易用性**：虽然Verilog HDL有丰富的扩展功能，但其核心子集简单易学，适合大部分设计需求。 自1983年诞生以来，Verilog HDL经过多次发展，最终在1995年成为IEEE Std 1364-1995标准，成为电子设计自动化领域的通用语言，广泛应用于芯片设计和电子系统开发。