Verilog HDL深度解析:从入门到实践

5星 · 超过95%的资源 需积分: 46 34 下载量 53 浏览量 更新于2024-09-23 收藏 2.01MB PDF 举报
"该资源是一份详尽的Verilog教程,涵盖了从数字集成电路设计入门到高级应用的多个方面。教程内容包括Verilog HDL的基础、结构级与行为级描述、测试平台建立、任务与函数、用户定义基本单元、设计仿真、逻辑综合、设计约束、优化以及自动布局布线。此外,还介绍了Cadence Verilog仿真器的使用,并提供了实验和课程安排,适合初学者和有一定经验的学习者提升技能。" Verilog HDL是集成电路设计中广泛使用的硬件描述语言,它允许设计者以结构化的方式描述数字系统。本教程首先介绍了Verilog的应用场景,强调了使用HDL进行设计的优越性,比如模块化、可重用性和可综合性的特点。接着,深入讲解了Verilog语言的基本构成元素,包括数据类型、运算符、语句结构等,这些都是构建复杂数字系统的基础。 在结构级描述中,Verilog允许设计者描述电路的物理连接,如门级模型,而行为级描述则关注系统的行为,允许设计者用算法或状态机来表达设计。这部分内容还包括了仿真的方法,以便在实际制造前验证设计的正确性。 延时特性是数字系统设计中的关键因素,Verilog提供了表示延迟的方法,这对于静态时序分析和性能评估至关重要。在Verilog testbench部分,教程详细讲解了如何创建激励和控制信号,以及如何验证设计结果,这通常通过任务和函数实现,它们可以封装复杂数学运算或自定义逻辑。 此外,教程还涉及了用户定义的基本单元,即自定义的Verilog模块,这些模块可以是不可综合的,用于模拟,也可以是可综合的,意味着它们可以被逻辑综合工具转化为实际的门级电路。理解可综合的Verilog描述风格对于设计能够成功流片的电路至关重要。 在设计流程的后续阶段,教程涵盖了逻辑综合,这是将Verilog代码转换为门级网表的过程。设计约束的设定和优化技巧是确保设计满足性能和时序目标的关键步骤。最后,简要介绍了自动布局布线工具,如Silicon Ensemble,用于将综合后的设计映射到特定芯片上。 课程安排包括理论讲解和实验室实践,覆盖了从基础到进阶的各个方面,为学习者提供了一个全面的Verilog学习路径。提供的参考书籍则为深入学习提供了丰富的资源。 这份Verilog教程是一份全面的学习资料,无论你是刚接触Verilog的新手还是寻求提升的工程师,都能从中受益。通过这个教程,你可以系统地学习到从设计概念到实现的全过程,为数字集成电路设计打下坚实的基础。
2608 浏览量
目 录 译者序 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