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Verilog行为级建模

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    [LV.1]初来乍到

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    1#
    发表于 2022-12-30 13:43 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    x
    使用逻辑门和连续赋值对电路建模,是相对详细的描述硬件的方法。使用过程块可以从更高层次的角度描述一个系统,称作行为级建模(behavirol modeling)。
    3 ?8 I, O. K5 ?/ |/ v3 R1. 过程赋值$ B2 `* B/ E% Y: V5 }$ m
    阻塞赋值和非阻塞赋值的区别都很熟悉了。这里记录两个特性。! I2 C# m# {) I7 h6 J) r1 ~/ e4 T9 z' Y% p( A& Y
    1.1 特性14 P3 f# i; {5 R& W0 K
    : ^: U% z* h2 i& E1 C绝大多数情况下,非阻塞赋值都是一个时间点处最后执行的赋值语句。看下面的示例代码:
    % f/ D: |9 }* w; d' S3 Omodule test2 O8 ^  v; R/ W
    * [  q3 `  {6 _3 V5 g6 a(# P# `) c- O" H5 T* t4 j  j
    8 R) q1 T( _/ p1 F  L    input clk,
    6 e3 s+ L4 F* Y' v( \: @    output reg a, b2 n1 j* f, V& o0 ^9 z6 n
      a1 p+ u- @5 X' I' C% o9 r);6 v- V, P% Q9 w$ Y% U
    ) e( {# I/ v; T) ^! v. P
    ! ]% j( F2 i+ }9 ?& H- Ralways @ (posedge clk) begin, k/ i3 T6 n% f/ G
    ' ?6 ?( p; J4 i6 g; h& N    a = 0;
    4 V* Q1 M5 m5 n+ Q8 r    b = 1;! T: A6 s' X' v  {( \
        a <= b;. L" g2 j3 E4 b; p3 f; ?$ ]# X% S# a' n, t) V( K* K
        b <= a;& c2 ~) o* w' u" |' e
    end& B6 r% @# X4 |( Z( K6 K8 G2 Z
    4 ~. H1 u3 i) m( J3 p- u) B9 H$ ~- U) b
    endmodule5 b5 Q" B5 ?" X  i/ z9 F6 i1 W2 p" M
    非阻塞赋值可以认为包括两步:3 s  _: T* ?& d6 P0 O' r( R4 ^7 {( G% R5 `% w# {/ J, R
    (1)求值和调度(evaluate and schedule),先得到非阻塞赋值等式右侧的值,并将这次赋值安排在当前时间点的结束时刻。# N4 F- W8 |* F; E
    5 c- R3 D: ?' c- v9 a(2)当前时间点结束时,更新左侧的值。因此这段代码的结果是 a = 1,b = 0。
    ; O% k& g$ n8 q* B: \) v( J' U$ S$ ?0 P; v+ ?& P
    1.2 特性2& }2 Z  {3 M6 m6 k, _( C" g+ d( n/ x' b6 f$ w. J
    如果过程块内,有针对同一个变量的多个非阻塞赋值,那么这些非阻塞赋值会按顺序执行(但我认为不能简单地说过程块内是“顺序执行的”,容易造成误导,应该说具有一定的“顺序性”特点)。9 n& p/ e! w" r; f) x: F) F+ `
    看下面的示例代码:3 V# a" e4 x! Z
    module test
    # @; ]* o2 [8 u8 S" h  d, m. L' S(
    5 x7 F- y3 c7 E) [9 d    input clk,6 G3 j7 E- Y4 j, g
        output reg a, b0 @- I/ d3 s$ V" \" l  O
    + K  u- }3 y; B- n" E+ A);: E) s5 }# @: j% G
    ! S5 G, r: I! p4 z' V
    1 x  {" E5 k  k: malways @ (posedge clk) begin+ u! v# z, Q5 E6 C+ U
    " H: Q& s) q' h+ N& z. x/ U    a <= 0;
    # l/ {( [' \" D* q( @    a <= 1;) }1 D9 L. z2 W0 w: n
    $ o/ |5 P$ X! l' j- m, X, |3 {* a8 Xend7 I' A7 Z: L8 O) ?5 T# _# P1 H1 ]$ b
    6 i* p" S. r: r! o" k
    endmodule' H$ a7 p  w  N& a+ Z6 m8 c0 w% G
    always块内有两条对于变量a的赋值语句,但由于顺序性特点,a的赋值结果应该是1。利用这个特性,会经常见到下面这种代码写法:5 K9 @8 B7 B' |; o' j
    always @ (posedge clk) begin1 S2 x+ V' e6 V2 `* E
        a <= 0;( n1 X( T8 S9 g7 N
    4 @; z# o; n4 c3 V+ S    if (flag == 1)9 K4 {+ w& l! O1 |" k, y1 v8 U5 I8 q) F
            a <= 1;2 [5 ?: ]. H& Z
    & `5 j  W0 e  Oend) q. {3 B1 o( N, R6 J' m& ]! q) {, ~- n
    只有当flag=1时,a才为1。
    & }/ j  V2 T" V: o; h9 m& K2. 过程连续赋值: H2 `+ O6 z/ R6 B6 e8 E* F. ]1 z7 F7 W3 e3 p3 }( [. T2 y
    这种赋值方式允许在过程块中连续地驱动网络或变量。但这种建模方法不可综合,因此这里只简单记录一下两种过程连续赋值方式的作用。: z9 g* ]) U7 d2 o, q6 D( T  k% S
    assign和deassign:assign连续赋值会优先占用一个变量,让其它对这个变量进行赋值的过程块无效。deassign连续赋值会解除占用关系。
    ; n5 }; C: S1 g6 s( J看下面的示例代码:4 ~$ j+ q+ D3 q% q( b; O4 V8 e- Z  C- ]4 ~; x
    `timescale 1ns / 1ps% \7 H' D) F# g8 b& A* l

    ; E4 T- x# c# l! x; vmodule sim();1 j3 |( H. g5 P/ Y; Y% D( w; {) U
    ' K/ d1 _# c' w" e$ ~* I* \
    reg clk = 0, rst_n = 0, d = 1;% G! d! }% n3 R! N3 b4 P8 `
    " b# n$ d2 \! |" j2 F8 ?reg q;+ _4 G( |* O3 X. y4 p' V8 a; w6 A* s4 c6 f2 E* C0 U) A2 R0 L
    7 V4 h# T9 v1 G0 s+ y
    2 p+ ]+ m2 R. d- H' N; H//test i1( [1 L( O- C& L% c: ?( B0 F4 j  z
    ' m9 N+ A' f3 }//(# R# P: j" F* u. Y6 y2 [7 d# L/ Y5 R0 |9 I
    //    .clk (clk),, h2 i7 l; H& D8 i" S! d) T0 `$ n
    //    .rst_n(rst),) }. t7 ~; F: f9 \/ y) s; S) {  w  a$ g- g: i! l, f
    //    .q(q),4 O4 B4 q- t1 j  x
    //    .d(d)5 l; w& @) v" V
    0 L9 X: m) n8 A' w) W//);, i( V7 E' S' H4 ~# M. R

    9 f; Q( T/ A1 A4 }3 C$ balways @ (rst_n)4 L, Y8 C* m8 P3 S8 C1 b& n) O6 f
        if (!rst_n) assign q = 0;3 S7 P5 G/ b  P% l$ |7 w4 r) s( e; {/ d1 `& R+ c, U7 |7 v
        else deassign q;, v$ t7 ^3 e0 @7 \0 t  k
    / O" W/ q/ _3 D" b9 ^+ w8 q' B- g  c/ `; h4 x( {8 `" R: s4 g9 S
    always @ (posedge clk)! Z- r# v, L. B3 W+ Q5 w0 C1 m) P3 C
        q <= d;
    # Z$ p6 W3 Z; N7 i+ R  S. r! E) s. w" g  p, {6 f9 ~* h) o8 D; O: y# J& j
    always #5 clk <= ~clk;5 [7 l" ]4 A, e% @- o6 A% k
    ! ]6 w# e7 n& ]$ ^! k5 ?7 ?% W7 s1 h* a% }& @! H% G" I; m8 M( U% u9 a, n
    initial begin( A( {3 Y" M6 T) s; j( D) d8 n% L* K' h
        #50 rst_n = 1;: T. k6 _0 i5 S3 r9 u2 h4 @# D% c% V- w
    end1 b" Y" E/ z6 l, b1 E" M" \" i1 a  ]3 k) H
    , p1 @+ Y& }& a/ J9 t
    % ^9 K' P0 L' j' O5 U+ \- m  c. [endmodule
    & U8 H# C! L" P0 G3 k当rst_n=0时,asssign连续赋值占用了q,q的值恒为0;当rst_n=1时,deassign解除了占用,q的值由其它过程赋值决定,在clk上升沿随d变化而变化。. d  G( b! U/ _# J+ p
    force和release:功能和assign、deassign相同,只是赋值对象可以是变量也可以是网络。force过程赋值的对象为网络时,会使其它所有对该网络的驱动无效。
    - U' y' x8 @* P$ J3. case语句
    ) ^% H! d' x. {2 }0 E% h. G8 }case语句的default分支不是必须的,只要设计者清楚设计意图即可。记录一下case两个比较少见但有时候特别有用的用法。3 t& g, k7 W9 I9 R0 r
    ' q: h- b6 A- l8 L+ n8 i& x, Q3 v3.1 do-not-cares
    1 Z* d5 M* p8 e* d9 W/ \包括两种:+ U; b9 o. L4 q
    4 _. T; r* W* I2 O  ?  casez表示不关心高阻状态(z);
    9 t6 G/ ]2 Z0 e  ?  casex表示不关心高祖状态(z)和未知状态(x)。
    " h5 ]  P) v/ B' E. y/ H
    ) E" N1 B& k+ {1 C% L3 p2 Q在不关心的bit位上使用“?”表示要更加方便。casex和casez完全是可以综合的,例如下面的代码可以实现优先编码器:7 [; Q" H0 d+ d  x8 F
    module test; C" c* @* ]; Z' z. G# }4 ^
    (5 A  S$ ~# y( e/ H7 V  B3 G: X% G$ N' c4 L+ f
        input clk,) E# o/ }4 C. K. J1 B  o) s' n( r( W! [9 j5 I" X
        input [3:0] d,: C9 O5 V! t' P  \1 G  G+ X, ?% w$ P
    - r. x$ P, @% k* t5 N* U* E2 P    output reg [15:0] q9 d8 [6 G. W/ Z
    ! `% ~$ \/ S# B2 E" C);6 [1 W3 T2 B# C. w) k, C
    2 Q7 W9 T& E. Y* C( A. A5 k) [( V2 `' I0 S3 J6 p! [" \4 u+ M$ _4 \- ^
    always @ (posedge clk)
    6 I* h4 Z! n, D" r& {0 N5 \( }    casez (d)/ H; N0 x! n8 @% j# r
    9 @: [5 q* H  c! u5 F/ Q        4'b1??? : q <= 1;5 e& z2 V6 z- D: ^! z! E3 `7 H# G1 @9 X* ?& c
            4'b01?? : q <= 2;# \  ?/ E: @1 G# A1 s
            4'b001? : q <= 3;
      |2 `+ K% Z9 s* S6 @% j; u        4'b0001 : q <= 4;
    - a+ Q0 ^, d( M6 _( j* a* Z7 q    endcase8 ^- R1 `% }! C- ]4 ?9 j. ~# S! Z" |4 L8 Z- e" p' ~' F# a: g3 ?* }

    . S( a' g& C7 G" P7 kendmodule$ e) Z9 {# G$ j! Q6 _1 U8 ~# u  ?* R  X4 [+ b  e
    如果想使用casex和casez,还是要从“设计上”能否综合的角度考虑一下,并且做好综合后的仿真。4 W6 S+ c7 ]0 a& J6 a' {8 [/ E. F( _; P
    比如上面的代码,使用case语句+16条分支可以实现同样的效果,这个设计完全是可以综合实现的。使用casez更多还是起到简化代码设计的作用。
    % \% S, t+ b/ x3.2 常数case3 o8 Y4 z9 F' C' J: s  Y( _/ f
    case语句中可以使用常数表达式,这个常数会和每个分支中的表达式进行比较。如下面的代码:: s  Y7 g; S; b4 X7 O; R, t. c  l* }5 t3 M
    module test, ]1 k% E: ~" ?! r0 F9 n( p7 Z9 @: L
    (
    : V" ^2 Q, A0 w' ]$ U# m    input clk,% N" V' h% L9 y" H5 a* S* d7 I' D  |/ w& ]
        input [3:0] d,; b& ~) d1 v% d
        output reg [15:0] q4 V. _( A" l/ C+ d$ C9 R8 b8 R4 s: D- Z
    );) V% g9 {0 h' F" d& ]5 \- b( a7 l  N2 P9 p# W# D

    " X  ?  {" T3 |* `5 w. ?5 _always @ (posedge clk)8 J5 n! q# _4 e/ B% @% ~# u: e( a: o& U9 R, ?
        casez (1)$ j: C9 z) N$ X
    8 a: |" m! |. [2 Q! q. T        d[0] : q <= 1;0 j4 @7 r9 n5 a2 F$ F* a1 @
      y+ F( d; a4 a        d[1] : q <= 2;
    * @, J7 N8 \: p" O2 ?8 c        d[2] : q <= 3;
    * [2 h  s  ]; d( ?* V! _        d[3] : q <= 4;$ c' l+ V* c6 M% l; T  U: {
    ! Z) G, t# v  ]    endcase
    & e+ }! Z7 |0 r/ l; g& {, ?8 M( i9 d' F( h$ ~9 T, y% q# X! N" ]
    " h; R5 G, \7 qendmodule. I& n6 [' A* N8 O3 L
      S) T  X5 M1 t: N: H可以实现,根据d中的哪个bit为1,执行相应的代码。如果d中多个bit同时为1,此时多条分支同时满足,会执行顺序最前面的一条。总之还是要清楚设计意图,做好仿真工作4 E5 G  B8 Q$ l) e6 D3 V- P4 B) j

    该用户从未签到

    2#
    发表于 2022-12-30 14:33 | 只看该作者
    现在用的都是Verilog,和C语言差不多,但是是用硬件逻辑实现

    该用户从未签到

    3#
    发表于 2022-12-30 14:58 | 只看该作者
    always 属于行为级模型,是最基本的行为模型
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