Verilog HDL深度教程:硬件开发新手入门

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"本资源是一份关于Verilog HDL的深度教程,适合硬件开发新手学习。教程详尽地介绍了数字信号处理、计算、程序、算法和硬线逻辑的基础知识,帮助读者理解在现代电子设备中这些技术的应用。" 在电子工程和计算机科学中,Verilog HDL(硬件描述语言)是一种至关重要的工具,它被用来描述数字系统的结构和行为。这个经典教程深入浅出地讲解了Verilog的基础和应用,尤其对于那些刚刚接触硬件设计的人来说是一个很好的起点。 首先,教程中提到了数字信号处理(DSP)的基本概念,这是现代计算机和通信系统的核心组成部分。DSP涉及对数字信号的滤波、变换、加密解密等一系列操作,这些操作通常是基于数学算法的。虽然理论上可以使用通用计算机或微处理器来执行这些算法,但有时为了效率和实时性,我们会选择专门设计的硬件系统,例如 FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。 教程通过实例说明了实时和非实时数字信号处理的区别。非实时处理,如在石油地质调查中的数据处理,可以使用通用计算机在较长时间内完成,而不影响结果的准确性。然而,对于像军用通信或雷达系统这样需要快速响应的实时应用,通用处理器的灵活性和速度就显得不足。这时,设计专用的硬线逻辑电路,比如在高速FPGA上实现,成为首选方案。这是因为通用微处理器需要通过指令集进行操作,执行速度受限于时钟周期,而硬线逻辑则是直接由硬件电路实现,速度远超软件执行。 Verilog HDL正是设计这种硬线逻辑电路的语言,它允许工程师以抽象的方式描述硬件的行为,然后通过合成工具转化为实际的电路布局。通过学习这个教程,读者将能够理解和创建自己的Verilog模块,用于实现各种复杂的数字信号处理功能。 在学习过程中,读者会了解到如何使用Verilog描述算法,如何构建基本逻辑门,如何组织更复杂的逻辑单元,以及如何进行仿真验证,确保设计的功能正确无误。此外,还会接触到FPGA设计流程,包括综合、布局布线以及最终的硬件测试。 这个Verilog经典教程是进入硬件设计领域的良好起点,它不仅涵盖了Verilog的基础语法,还深入探讨了硬件设计在实际应用中的挑战和解决方案,特别是与数字信号处理相关的部分。通过学习,初学者不仅可以掌握Verilog语言,还能理解硬件设计背后的原理,为未来在FPGA或ASIC设计领域的工作打下坚实基础。
2008-09-13 上传
前言 第1章 简介 1 1.1 什么是Verilog HDL? 1 1.2 历史 1 1.3 主要能力 1 第2章 HDL指南 4 2.1 模块 4 2.2 时延 5 2.3 数据流描述方式 5 2.4 行为描述方式 6 2.5 结构化描述形式 8 2.6 混合设计描述方式 9 2.7 设计模拟 10 第3章 Verilog语言要素 14 3.1 标识符 14 3.2 注释 14 3.3 格式 14 3.4 系统任务和函数 15 3.5 编译指令 15 3.5.1 `define和`undef 15 3.5.2 `ifdef、`else 和`endif 16 3.5.3 `default_nettype 16 3.5.4 `include 16 3.5.5 `resetall 16 3.5.6 `timescale 16 3.5.7 `unconnected_drive和 `nounconnected_drive 18 3.5.8 `celldefine 和 `endcelldefine 18 3.6 值集合 18 3.6.1 整型数 18 3.6.2 实数 19 3.6.3 字符串 20 3.7 数据类型 20 3.7.1 线网类型 20 3.7.2 未说明的线网 23 3.7.3 向量和标量线网 23 3.7.4 寄存器类型 23 3.8 参数 26 第4章 表达式 28 4.1 操作数 28 4.1.1 常数 28 4.1.2 参数 29 4.1.3 线网 29 4.1.4 寄存器 29 4.1.5 位选择 29 4.1.6 部分选择 29 4.1.7 存储器单元 30 4.1.8 函数调用 30 4.2 操作符 30 4.2.1 算术操作符 31 4.2.2 关系操作符 33 4.2.3 相等关系操作符 33 4.2.4 逻辑操作符 34 4.2.5 按位操作符 35 4.2.6 归约操作符 36 4.2.7 移位操作符 36 4.2.8 条件操作符 37 4.2.9 连接和复制操作 37 4.3 表达式种类 38 第5章 门电平模型化 39 5.1 内置基本门 39 5.2 多输入门 39 5.3 多输出门 41 5.4 三态门 41 5.5 上拉、下拉电阻 42 5.6 MOS开关 42 5.7 双向开关 44 5.8 门时延 44 5.9 实例数组 45 5.10 隐式线网 45 5.11 简单示例 46 5.12 2-4解码器举例 46 5.13 主从触发器举例 47 5.14 奇偶电路 47 第6章 用户定义的原语 49 6.1 UDP的定义 49 6.2 组合电路UDP 49 6.3 时序电路UDP 50 6.3.1 初始化状态寄存器 50 6.3.2 电平触发的时序电路UDP 50 6.3.3 边沿触发的时序电路UDP 51 6.3.4 边沿触发和电平触发的混合行为 51 6.4 另一实例 52 6.5 表项汇总 52 第7章 数据流模型化 54 7.1 连续赋值语句 54 7.2 举例 55 7.3 线网说明赋值 55 7.4 时延 55 7.5 线网时延 57 7.6 举例 57 7.6.1 主从触发器 57 7.6.2 数值比较器 58 第8章 行为建模 59 8.1 过程结构 59 8.1.1 initial 语句 59 8.1.2 always语句 61 8.1.3 两类语句在模块中的使用 62 8.2 时序控制 63 8.2.1 时延控制 63 8.2.2 事件控制 64 8.3 语句块 65 8.3.1 顺序语句块 66 8.3.2 并行语句块 67 8.4 过程性赋值 68 8.4.1 语句内部时延 69 8.4.2 阻塞性过程赋值 70 8.4.3 非阻塞性过程赋值 71 8.4.4 连续赋值与过程赋值的比较 72 8.5 if 语句 73 8.6 case语句 74 8.7 循环语句 76 8.7.1 forever 循环语句 76 8.7.2 repeat 循环语句 76 8.7.3 while 循环语句 77 8.7.4 for 循环语句 77 8.8 过程性连续赋值 78 8.8.1 赋值—重新赋值 78 8.8.2 force与release 79 8.9 握手协议实例 80 第9章 结构建模 83 9.1 模块 83 9.2 端口 83 9.3 模块实例语句 83 9.3.1 悬空端口 84 9.3.2 不同的端口长度 85 9.3.3 模块参数值 85 9.4 外部端口 87 9.5 举例 89 第10章 其他论题 91 10.1 任务 91 10.1.1 任务定义 91 10.1.2 任务调用 92 10.2 函数 93 10.2.1 函数说明部分 93 10.2.2 函数调用 94 10.3 系统任务和系统函数 95 10.3.1 显示任务 95 10.3.2 文件输入/输出任务 97 10.3.3 时间标度任务 99 10.3.4 模拟控制任务 99 10.3.5 定时校验任务 100 10.3.6 模拟时间函数 101 10.3.7 变换函数 102 10.3.8 概率分布函数 102 10.4 禁止语句 103 10.5 命名事件 104 10.6 结构描述方式和行为描述方式的 混合使用 106 10.7 层次路径名 107 10.8 共享任务和函数 108 10.9 值变转储文件 110 10.9.1 举例 111 10.9.2 VCD文件格式 112 10.10 指定程序块 113 10.11 强度 114 10.11.1 驱动强度 114 10.11.2 电荷强度 115 10.12 竞争状态 116 第11章 验证 118 11.1 编写测试验证程序 118 11.2 波形产生 118 11.2.1 值序列 118 11.2.2 重复模式 119 11.3 测试验证程序实例 123 11.3.1 解码器 123 11.3.2 触发器 124 11.4 从文本文件中读取向量 126 11.5 向文本文件中写入向量 127 11.6 其他实例 128 11.6.1 时钟分频器 128 11.6.2 阶乘设计 130 11.6.3 时序检测器 132 第12章 建模实例 136 12.1 简单元件建模 136 12.2 建模的不同方式 138 12.3 时延建模 139 12.4 条件操作建模 141 12.5 同步时序逻辑建模 142 12.6 通用移位寄存器 145 12.7 状态机建模 145 12.8 交互状态机 147 12.9 Moore有限状态机建模 150 12.10 Mealy型有限状态机建模 151 12.11 简化的21点程序 153 附录 语法参考 157 参考文献 172 贴个目录 需要的朋友可以下下