Verilog讀書筆記---數據類型、系統任務、`define、parameter、localparam三者的區別

本文目的

主要梳理之前學習Verilog的疏漏內容，系統瞭解Verilog語法。

Verilog的數據類型：

Verilog有兩組主要的數據類型：網絡數據類型(Net Data Type)和寄存器數據類型(Register Data Type)。其他的數據類型有：事件(Event)、參數(Parameter)和範圍(Specparam)以及其他數據類型。

Verilog還是用強度值來解決數字電路中不同強度的驅動源之間的賦值衝突

如果兩個具有不同強度的信號驅動同一個線網，則競爭結果值爲高強度信號的值。

如果兩個強度相同的信號之間發生競爭，則結果爲不確定值。

整數、實數和時間寄存器類型

整數

是一種通用的寄存器數據類型，用於對數量進行操作，使用integer進行聲明。

integer counter;       //一般用途的變量用作計數器

initial

     counter = -1;    //把-1存儲到寄存器中

實數：

實常量和實數寄存器數據類型使用關鍵字real來聲明，可以用十進制或科學計數法
來表示。實數聲明不能帶有範圍，其默認值爲0.如果將一個實數賦予一個整數，
那麼實數將會被取爲最接近的整數。

real delta;         //定義一個名爲delta的實型變量

時間寄存器

仿真是按照仿真時間進行的，verilog使用一個特殊的時間寄存器數據類型來保存仿真時間。
時間變量通過使用關鍵字time來聲明，其寬度與具體實現無關，最小爲64位。通過調用系統
函數$time可以取得當前的仿真時間。

數組

Verilog中允許聲明reg、integer、time、real、realtime及其向量類型的數組，對數組的維數沒有
限制，即可聲明任意維數的數組。線網數組也可用於連接實例的端口，數組中的每個元素都可以
作爲一個標量或者向量，以同樣的方式來使用，形如<數組名>[<下標>]。

Integer     count[0:7];       //由八位計數變量組成的數組

reg  bool [31:0];              //由32個1位的布爾寄存器變量組成的數組

wire [7:0] w_array2 [5:0];        //聲明8位向量的數組

注意：不要把數組和線網或寄存器向量混淆起來。向量是一個單獨的元件，它的位寬是n，數組由多個元件組成，其中每個元件的位寬爲n或1.

nets型

wire型數據常用來表示用於以assign關鍵字指定的組合邏輯信號。

Verilog程序模塊中輸入輸出信號類型默認爲wire型。

wire型信號可以用做方程式的輸入，也可以用做”assign”語句或者實例元件的輸出

reg型

reg是寄存器數據類型的關鍵字。

寄存器是數據存儲單元的抽象，通過賦值語句可以改變寄存器存儲的值，其作用相當於改變觸發器存儲器的值。

reg型數據常用來表示always模塊內的指定信號，代表觸發器。

通常在設計中要由always模塊通過使用行爲描述語句來表達邏輯關係。在always塊內被賦值的每一個信號都必須定義爲reg型，即賦值操作符的右端變量必須是reg型

reg型號數據的格式：

reg[n-1:0]數據名1，數據名2，…，數據N;
//定義了N個寄存器變量，每個數據位寬爲n

reg型數據的默認值是不定的。reg型數據可以爲正值或負值。當一個reg型數據是一個表達式中的操作數時，它的值被當做無符號值,即正值(如果一個4位的reg型數據被寫入-1，在表達式中運算時，其值被認爲是+15)

reg型和wire型的區別：reg型保持最後一次的賦值，而wire型需要持續驅動。

Memory型

儘管memory型數據和reg型數據的定義格式很相似，但是要注意不同之處。Memory描繪的是深度，reg描繪的是寬度。

Reg [ n-1:0 ] rega;  //一個n位寄存器

Reg mema [ n-1 ]  //一個由n個一位寄存器組成的存儲器組

       一個n位的寄存器可以在一條賦值語句裏進行賦值。而一個完整的存儲器不行

       Rega = 0；//合法的賦值語句

       Mema=0；//非法的賦值語句

       Mema[3]=0；//合法，給memory中的第三個單元賦值爲0

數組

Verilog中允許聲明reg、integer、time、real、realtime及其向量類型的數組，對數組的維數沒有限制，即可聲明任意維數的數組。線網數組也可用於連接實例的端口，數組中的每個元素都可以作爲一個標量或者向量，以同樣的方式來使用，形如<數組名>[<下標>]。

Integer count[0:7]; //由八位計數變量組成的數組

reg bool [31:0]; //由32個1位的布爾寄存器變量組成的數組

wire [7:0] w_array2 [5:0]; //聲明8位向量的數組

=注意：不要把數組和線網或寄存器向量混淆起來。向量是一個單獨的元件，它的位寬是n，數組由多個元件組成，其中每個元件的位寬爲n或1.==

向量

線網和寄存器類型的數據均可聲明爲向量（位寬大於1）。如果在聲明中沒有指定位寬，則默認爲標量（1位）

wire a;      //標量線網變量，默認

wire [7:0] bus;          //8位的總線

reg clock  ;                 //標量寄存器，默認

reg   [0:40]        virtual_addr;    //向量寄存器，41位寬的虛擬地址

向量通過[high#:low#]進行說明，方括號中左邊的數總是代表向量的最高有效位。

可變向量域選擇

Verilog的系統任務

系統任務也屬於行爲級建模，系統任務的調用要出現在initial與always結構中。所有的任務都已$開頭。

1、$display,$write用於信息的顯示和輸出。

%b或%B	二進制
%o或%O	八進制
%d或%D	十進制
%h或%H	十六進制
%e或%E	實數
%c或%C	字符
%s或%S	字符串
%v或%V	信號強度
%t或%T	時間
%m或%M	層次實例

—	===
\n	換行
\t	製表符
\	反斜槓\
"	引號”
%%	百分號%

調用方式：eg：$display("%b+%b=%b",a,b,sum);

                         $write("%b+%b=%b",a,b,sum);

注：如果沒有在指定變量的顯示格式，不會輸出數值。如果沒有指定變量顯示的位置，變量值會在字符串部分之後直接顯示出來，變量之間是沒有間隔的，只是一次簡單的顯示。

顯示任務$display默認顯示的格式是十進制的，還有$displayb,$displayo,$displaybh的顯示格式分別是二進制，八進制，十六進制。同理有$write，$writeo，$writeb，$writeh。

$display與$write的區別是：$display會在每次顯示信息後自動換行，$write不會換行.

2、$strobe探測任務

探測任務的語法和顯示任務完全相同，也是把信息顯示出來。也有$strobe,$strobeb,$strobeo,$strobeh四種。

兩者的區別在於：$strobe命令會在當前時間部結束時完成；而$display是隻要仿真器看到就會立即執行。

3、$monitor監測任務

監測任務用於持續監測指定變量，只要這些變量發生了變化，就會立即顯示對應的輸出語句，並且在仿真中只能進行一次調用，後面的調用會覆蓋前面的。

eg：

initial begin

$monitor("x=%b,y=%b,cin=%b",x,y,cin);

end

同理，有$monitor,$monitorb$monitoro$monitorh。
可用$monitoroff,monitoeron關閉監事和打開監視。

4、$stop,$finish仿真控制任務
區別：$stop暫停當前方針，$finish終止值當前方針。

`define：作用 -> 常用於定義常量可以跨模塊、跨文件;

                        範圍 -> 整個工程;

parameter：     作用 -> 常用於模塊間參數傳遞;

                       範圍 -> 本module內有效的定義;

localparam       作用 -> 常用於狀態機的參數定義;

                       範圍 -> 本module內有效的定義，不可用於參數傳遞;

                                  localparam cannot be used within the module port parameter list.

2、應用舉例

`define、parameter、localparam三者的區別及舉例

`define

概念：可以跨模塊的定義，寫在模塊名稱上面，在整個設計工程都有效。
           一旦`define指令被編譯，其在整個編譯過程中都有效。例如，通
           過另一個文件中的`define指令，定義的常量可以被其他文件調用,
           直到遇到 `undef；

    舉例：定義 `define UART_CNT 10'd1024
               使用 `UART_CNT

parameter

概念：本module內有效的定義，可用於參數傳遞；
           如果在模塊內部定義時無法進行參數傳遞，
           若在模塊名後照下面這樣寫則可以進行傳遞

舉例：定義

module video_in
           #(
          parameter MEM_DATA_BITS = 64,
          parameter INTERLACE     = 1      // 0
          )
          (
           input     clk,
           input     rst_n,
          
           output    burst_finsh
          );

使用 -> 調用此模塊的時候可以像端口信號傳遞一樣進行參數傳遞

video_in

       #( .MEM_DATA_BITS ( 64 ),
          .INTERLACE     ( 1  )
        )
       u_video_in (
        .clk             (clk_50m),
        .rst_n          (rst_n),
        
        .burst_finsh (burst_finsh)
        );

localparam：

概念：本module內有效的定義，不可用於參數傳遞；
           localparamcannot be used within the module port parameter list.
           一般情況下，狀態機的參數都是用localparam的。

舉例：

 
          localparam BURST_LEN               = 10'd64;     /*一次寫操作數據長度 */
          
          localparam BURST_IDLE              = 3'd0;       /*狀態機狀態：空閒 */
          localparam BURST_ONE_LINE_START    = 3'd1;       /*狀態機狀態：視頻數據一行寫開始 */
          localparam BURSTING                = 3'd2;       /*狀態機狀態：正在處理一次ddr2寫操作 */
          localparam BURST_END               = 3'd3;       /*狀態機狀態：一次ddr2寫操作完成*/
          localparam BURST_ONE_LINE_END      = 3'd4;       /*狀態機狀態：視頻數據一行寫完成*/
          
          reg[2:0]  burst_state              = 3'd0;       /*狀態機狀態：當前狀態 */
          reg[2:0]  burst_state_next         = 3'd0;       /*狀態機狀態：下一個狀態*/