第九章*

硬件描述語言簡介

一、內(nèi)容提要

本章簡要介紹硬件描述語言。首先簡單介紹了硬件描述語言的基本概念和發(fā)展與應用概況，然后介紹了有關VerilogHDL的基本知識，最后給出了幾個用VerilogHDL描述邏輯電路的實例。二、本章內(nèi)容9.1概述9.2VerilogHDL簡介9.3用VerilogHDL描述邏輯電路的實例1、重點掌握的知識點2、一般掌握的知識點三、知識點（1）VerilogHDL的基本程序結構；（2）VerilogHDL的語法標識符；（3）VerilogHDL描述邏輯電路的方法。（1）VerilogHDL模塊的兩種描述方式；（2）VerilogHDL的發(fā)展。9.1概述

隨著半導體技術的發(fā)展，數(shù)字電路已經(jīng)由中小規(guī)模的集成電路向可編程邏輯器件（PLD)及專用集成電路（ASIC）轉變。

數(shù)字電路的設計手段也發(fā)生了變化，由傳統(tǒng)的手工方式逐漸轉變?yōu)橐訣DA工具作為設計平臺的方式。

硬件描述語言（HDL）是一種用形式化方法來描述數(shù)字電路和數(shù)字邏輯系統(tǒng)的語言，是設計人員和EDA工具之間的一種界面。設計人員利用這種語言來描述自己的設計思想，然后利用EDA工具進行仿真、綜合，然后用ASIC或FPGA實現(xiàn)其功能。

硬件描述語言主要用于編寫設計文件，在EDA工具中建立電路模型。硬件描述語言發(fā)展至今已有30年的歷史，已經(jīng)成功地應用于電子電路設計的各個階段：建模、仿真、驗證和綜合等。

VHDL和VerilogHDL是目前兩種最常用的硬件描述語言。除了這兩種最流行的硬件描述語言外，隨著系統(tǒng)級FPGA以及系統(tǒng)芯片的出現(xiàn)，軟硬件協(xié)調(diào)設計和系統(tǒng)設計變得越來越重要。傳統(tǒng)意義上的硬件設計越來越趨向于與系統(tǒng)設計和軟件設計相結合。9.2VerilogHDL簡介1983年GatewayDesignAutomation公司在C語言的基礎上，為其仿真器產(chǎn)品Verilog-XL開發(fā)了一種專用硬件描述語言——VerilogHDL。隨著Verilog-XL成功和廣泛的使用，VerilogHDL被眾多數(shù)字電路設計者所接受。VerilogHDL從C語言中繼承了多種操作符和結構，源文本文件由空白符號分割的詞法符號流組成。詞法符號的類型有空白符、注釋、操作符、數(shù)字、字符串、標識符和關鍵字等，從形式上看和C語言有許多相似之處。一、基本程序結構

VerilogHDL語言采用模塊化的結構，以模塊集合的形式來描述數(shù)字電路系統(tǒng)。模塊對應硬件上的邏輯實體，描述這個實體的功能或結構，以及它與其他模塊的接口。模塊在概念上可以等同于一個通用器件（與門、或門）或通用宏單元（計數(shù)器、CPU）等，因此一個模塊可以被另外一個模塊調(diào)用。一個電路設計可由多個模塊組成，一個模塊設計只是一個系統(tǒng)設計中的某個層次設計，模塊設計可以采用多種建模方式。模塊的基本語法結構如下：module<模塊名>(<端口列表>)<定義><模塊條目>endmodule

根據(jù)<定義><模塊條目>的描述方法不同，可將模塊分成行為描述模塊、結構描述模塊，或者是二者的組合。

行為描述模塊通過編程語言定義模塊的狀態(tài)和功能。

結構描述模塊將電路表達為具有層次概念的互相連接的子模塊，其最底層的元件必須是VeriolgHDL支持的基元或已定義過的模塊。二、詞法構成VerilogHDL的詞法標識符包括：間隔符與注釋符，操作符、數(shù)值常量、字符串、標識符和關鍵字。1、間隔符與注釋符間隔符又稱空白符，包括空格符、制表符、換行符以及換頁符等。它們的作用是分隔其他詞法標識符。VerilogHDL有單行注釋和多行段注釋兩種注釋形式。

//單行注釋/**/段注釋在段注釋中不允許嵌套，段注釋中“//”沒有任何特殊意義。2、操作符VerilogHDL中定義了操作符，又稱運算符，按照操作數(shù)的個數(shù)，可以分為一元、二元和三元操作符；按功能可以大致分為算術操作符、邏輯操作符、比較操作符等幾大類。3、數(shù)值常量VerilogHDL中的