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Verilog行为级建模

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  • TA的每日心情
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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)。, B( F# @" k* T0 S3 E( a
    1. 过程赋值0 t5 R3 b$ R1 \
    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 h& ^- l3 A- H4 B- n  R/ i
    1.1 特性14 P3 f# i; {5 R& W0 K
    / p. L, z+ v! p* P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:
    5 N6 ]- t# ?* k  {1 amodule test2 O8 ^  v; R/ W
    2 J  T! h: p3 I( z9 B3 E(# P# `) c- O" H5 T* t4 j  j
    * M/ c' |$ D( x; p    input clk,
    $ i6 U- H2 v/ C2 E! |    output reg a, b2 n1 j* f, V& o0 ^9 z6 n8 R0 k! |3 G0 i7 f
    );6 v- V, P% Q9 w$ Y% U6 S3 c& H. V0 V

    ; S0 o7 H. x+ k2 J# Ealways @ (posedge clk) begin, k/ i3 T6 n% f/ G
    ' {! k6 H0 J0 \- w: ?    a = 0;
    " w! K) L+ b2 }  g3 f9 c    b = 1;
    ) Z& X- s& R0 z5 |! N& n    a <= b;. L" g2 j3 E4 b; p3 f; ?# k) Z9 ~; D" T$ T) K
        b <= a;
    2 C: I. ?  s0 F5 l6 e8 t5 E0 q+ b3 _. E' hend& B6 r% @# X4 |( Z( K6 K8 G2 Z3 O, g% E2 a6 ^4 \8 a5 z  L

    + Q& q0 ?$ i$ ~# |- pendmodule5 b5 Q" B5 ?" X  i
    - ]0 t) O7 K; C8 X2 S. v- A% l非阻塞赋值可以认为包括两步:3 s  _: T* ?& d6 P0 O' r
    5 `% ~' f4 @. P" O9 \4 _5 _(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
    2 C: H% k8 }! a, y5 b% R0 i(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
    % X" `, M3 y4 L$ U7 u6 B1.2 特性2& }2 Z  {3 M6 m6 k, _( C! {( Q$ z; \% i5 T2 m; ~( S: x
    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)。7 l/ Y) ~9 @' l0 \% ?) _- x% a
    看下面的示例代码:
    ! }4 g, R# }) \. Omodule test
    ' H. D6 I; N% X6 y$ f: x7 n(
    5 P( ~$ O) {, Q3 S4 c) I+ G    input clk," E1 o3 C3 n  }4 B. M0 S& a' T
        output reg a, b0 @- I/ d3 s$ V" \" l  O
    ( n2 r3 N0 D6 T5 X8 s: u5 _# ~. U);( f: z( F- Q4 r
    ! S5 G, r: I! p4 z' V* S0 N" B8 ]' P3 s# ^
    always @ (posedge clk) begin+ u! v# z, Q5 E6 C+ U
    / H2 _  z; M& h; S( k* F    a <= 0;/ \( \3 m+ C8 E
        a <= 1;) }1 D9 L. z2 W0 w: n0 Q/ A/ F  K2 i2 ?) B4 p
    end7 I' A7 Z: L8 O) ?
    3 f) t+ k1 ?& p. L& M" ?( ]# Y+ t( E+ F2 s+ Z
    endmodule
    6 {/ M) |0 Y& z2 dalways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:) x" d, E& H5 D" |' q; o
    always @ (posedge clk) begin3 T  i% P" F/ _- \; l6 T
        a <= 0;( n1 X( T8 S9 g7 N
    + \; C% b* o7 N7 X& C! s7 P" {! k; `    if (flag == 1)9 K4 {+ w& l! O1 |) _; H; h6 M8 I7 W; \4 ]. _
            a <= 1;2 [5 ?: ]. H& Z
    . C" @2 Y2 S1 Z, R6 q: ^end) q. {3 B1 o( N, R, x! _2 L$ a/ N1 L
    只有当flag=1时,a才为1。* G- i  \. x" }
    2. 过程连续赋值: H2 `+ O6 z/ R6 B6 e5 F/ ?) @1 |- J- q# `
    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。% \! W9 z. t5 v" D$ |4 O$ c
    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。9 y  N; k  A7 `0 J0 ^" U
    看下面的示例代码:4 ~$ j+ q+ D3 q% q( b; O4 V3 y  t6 n4 {- A# {+ i- J0 b
    `timescale 1ns / 1ps+ d. c4 \$ _8 Z5 @$ l5 \& P/ \- S

    7 L; Z9 M& n  T( {% Bmodule sim();1 j3 |( H. g5 P, D; k, x. ]9 a* [

    4 Z( v5 Y) f* B6 Y; Q, r3 ireg clk = 0, rst_n = 0, d = 1;% G! d! }% n3 R! N3 b4 P8 `1 R0 z3 w% ~8 m5 v7 b: X
    reg q;+ _4 G( |* O3 X. y4 p' V8 a
    1 Y6 G. F1 [- o' y5 T7 h* Q7 V4 h# T9 v1 G0 s+ y
    & I2 @( G  v! Y) t$ T//test i1( [1 L( O- C& L% c: ?( B0 F4 j  z
    1 N# A# {# }5 e$ O4 x; x//(# R# P: j" F* u. Y6 y2 [7 k8 Q6 W3 Z) H! P7 v8 D2 }+ |
    //    .clk (clk),, h2 i7 l; H& D8 i
    1 u/ U) M$ v! L" a' e//    .rst_n(rst),) }. t7 ~; F: f9 \
    ( [" y5 W6 w6 {3 G  O//    .q(q),9 T- V/ q6 Y! y) z9 j  A) L
    //    .d(d)5 l; w& @) v" V
    * n/ \3 E0 F* A8 J; D7 d//);' U7 c' ^% Z' P. m
    ) s9 o1 I% |# ]7 A. y0 b
    always @ (rst_n)4 C8 t5 _* d6 f; }0 O+ U) k" r
        if (!rst_n) assign q = 0;3 S7 P5 G/ b  P% l$ |
    . _% v& W3 H  E0 R4 t0 d5 n    else deassign q;, v$ t7 ^3 e0 @7 \0 t  k
    6 a# t  f3 D; V% ]. B, t' s  F
    ! }. k( U7 _( L' H! L* Galways @ (posedge clk)7 q& y7 [1 g6 A2 E/ Z' K
        q <= d;
    $ e/ ?5 W  q) N# J! E) s. w" g  p% ]" G$ f! D2 \3 }5 |
    always #5 clk <= ~clk;5 [7 l" ]4 A, e% @- o6 A% k7 S& Z) \. v; X. L# E  N8 @( ?
    1 h* a% }& @! H
    0 N) o; p6 Y0 r* r* `initial begin( A( {3 Y" M6 T  \% W# [6 p1 z( a. P
        #50 rst_n = 1;: T. k6 _0 i5 S3 r9 u
    : m+ ^& ~5 a0 v- Eend1 b" Y" E/ z6 l, b1 E
    * `! c( ?& P5 t. e3 _/ y, p1 @+ Y& }& a/ J9 t+ i) o" r# s* S/ f
    endmodule. L* q) A$ ^5 f' C
    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。/ `# w# _+ _1 X$ }( D' B
    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。- P) G7 K7 [$ K
    3. case语句
    / k& S% p7 y$ F: j/ Ucase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
    , O8 Z2 r+ j8 n% {0 e  u1 {3.1 do-not-cares
    ' k0 E" |9 |% _包括两种:+ U; b9 o. L4 q4 b$ A, m2 k( c7 c' D5 V1 n' i
      ?  casez表示不关心高阻状态(z);2 M6 @% z& x6 ~% n
      ?  casex表示不关心高祖状态(z)和未知状态(x)。
    " h5 ]  P) v/ B' E. y/ H6 s+ [% M, l; K! V9 T! g. Q& 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:
    % H) F7 Y- G: nmodule test
    1 u% z6 C+ D5 @( R: s( F! K' Y(5 A  S$ ~# y( e/ H7 V  B6 q% x- W& q, q" w# h6 ]+ d% `- B
        input clk,) E# o/ }4 C. K. J1 B1 ~2 @, c+ ~# J, y) _
        input [3:0] d,: C9 O5 V! t' P  \1 G  G+ X, ?% w$ P
    ! x$ z( h$ x9 t& K& Y: j7 v    output reg [15:0] q9 d8 [6 G. W/ Z
    5 I/ K1 i8 s& Y- |);6 [1 W3 T2 B# C. w) k, C
    ; q( Z2 w0 L4 \7 \3 v! u  O6 K) [( V2 `' I0 S3 J6 p! [6 v" w7 i7 V8 m  K" P# n
    always @ (posedge clk)
    2 A7 F4 Q5 V6 X( o" F3 ^    casez (d)/ H; N0 x! n8 @% j# r4 i' a. i1 v+ _1 t
            4'b1??? : q <= 1;5 e& z2 V6 z- D: ^! z! E5 q; c& H" z8 k1 `/ A3 t2 F
            4'b01?? : q <= 2;
    4 X  `- h- c( p/ c0 a! o        4'b001? : q <= 3;6 `; z0 g! H/ `8 q0 x; y6 N
            4'b0001 : q <= 4;
    / ~8 x. F) Z. [    endcase8 ^- R1 `% }! C- ]4 ?9 j. ~
    * ]" B1 d! O, e  U4 F7 w9 L$ h0 Q. }* n' x
    endmodule$ e) Z9 {# G$ j! Q6 _8 C8 O7 F' H% ?
    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
    3 t5 J( s8 ^& `* \4 R5 v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。
    " x8 V% a( X8 f3 X+ @2 F3.2 常数case: f/ @( e; h3 a
    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
    6 j9 r9 `& a$ ]7 h- Lmodule test, ]1 k% E: ~" ?! r0 F
    9 E! P/ @- T4 p/ O(
    8 E" G( T0 R) C  M2 D0 f* _    input clk,% N" V' h% L9 y" H5 a$ E: D$ ?9 i! m2 W! b7 Q: ^
        input [3:0] d,
    ; w4 j& `, Y+ _4 V4 w# v    output reg [15:0] q4 V. _( A" l/ C+ d
    . y5 r: _6 H: P& z; d- P  Q$ n);) V% g9 {0 h' F" d& ]5 \/ ~# j1 Q7 w! s. b, t; o

    2 n/ d: Y- y: u  t# Salways @ (posedge clk)8 J5 n! q# _4 e/ B% @% ~* t9 C. a( H, y9 G! ?
        casez (1)$ j: C9 z) N$ X  v8 J+ t7 m5 _. X5 V  }+ P
            d[0] : q <= 1;0 j4 @7 r9 n5 a2 F$ F* a1 @' e' K/ |- S9 H( D: b9 X
            d[1] : q <= 2;% H& ~0 _9 ~) U/ N7 t
            d[2] : q <= 3;$ t- c; ~  Z" L" k3 Q3 \$ ]
            d[3] : q <= 4;$ c' l+ V* c6 M% l; T  U: {
    + \7 |3 Y, z* j8 Z- R7 O  {    endcase4 n* F3 j6 H+ X3 H0 A1 ~8 s0 k
    9 d' F( h$ ~9 T, y% q# X! N" ]
    2 z; {* Q+ E: j, Q* F( N$ x5 fendmodule. I& n6 [' A* N8 O3 L
    4 s9 l$ a+ Q; C6 h0 I* @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" `# G4 E3 \2 j  p- V

    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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