2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  有關(guān)verilog 算法及建模</p><p>  1 有關(guān)C、Veilog HDL、VHDL1</p><p>  1.1 C與Verilog1</p><p>  1.2 Verilog HDL與VHDL3</p><p>  2 有關(guān)Verilog 中的一些語(yǔ)法5</p><p>&

2、lt;b>  2.1 運(yùn)算符5</b></p><p>  2.2 Wire、reg、tri、memory型6</p><p>  2.3 assign和always語(yǔ)句6</p><p>  2.4 阻塞賦值和非阻塞賦值8</p><p>  2.5 Verilog中使用的一些關(guān)鍵字9</p>&

3、lt;p><b>  2.6 其他13</b></p><p>  3 有關(guān)Verilog建模15</p><p>  3.1軟核、固核、硬核15</p><p>  3.2 模塊設(shè)計(jì)流程15</p><p>  3.3 門級(jí)結(jié)構(gòu)16</p><p>  3.4 基本邏輯運(yùn)算16

4、</p><p>  3.5 控制邏輯16</p><p>  3.6 同步和異步17</p><p>  3.7 有限狀態(tài)機(jī)18</p><p>  3.8 綜合的一般原則21</p><p>  4 有關(guān)總線和時(shí)鐘22</p><p>  4.1 I2C 雙向二線制串行總線協(xié)議

5、22</p><p>  4.2時(shí)鐘發(fā)生器的形成(分頻的另外一種實(shí)現(xiàn)方式)22</p><p>  1 有關(guān)C、Veilog HDL、VHDL</p><p>  1.1 C與Verilog</p><p>  C 語(yǔ)言配合Verilog HDL 來(lái)設(shè)計(jì)算法的硬件電路塊時(shí)考慮的三個(gè)主要問(wèn)題:</p><p>  &

6、#1048698; 為什么選擇C 語(yǔ)言與Verilog HDL 配合使用?</p><p>  􀁺 C 語(yǔ)言與Verilog HDL 的使用有何限制?</p><p>  􀁺 如何利用C 來(lái)加速硬件的設(shè)計(jì)和故障檢測(cè)?</p><p>  1) 為什么選擇C 語(yǔ)言與Verilog 配合使用</p><p> 

7、 首先,C 語(yǔ)言很靈活,查錯(cuò)功能強(qiáng),還可以通過(guò)PLI(編程語(yǔ)言接口)編寫(xiě)自己的系任務(wù)直接與硬件仿真器(如Verilog-XL)結(jié)合使用。C 語(yǔ)言是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的一種編程語(yǔ)言,因而C 程序的設(shè)計(jì)環(huán)境比Verilog HDL 的完整。此外,C 語(yǔ)言可應(yīng)用于許多領(lǐng)域,有可靠的編譯環(huán)境,語(yǔ)法完備,缺陷較少。</p><p>  比較起來(lái), Verilog 語(yǔ)言只是針對(duì)硬件描述的,在別處使用(如用于算法表達(dá)等)并

8、不方便。而且Verilog 的仿真、綜合、查錯(cuò)工具等大部分軟件都是商業(yè)軟件,與C 語(yǔ)言相比缺乏長(zhǎng)期大量的使用,可靠性較差,亦有很多缺陷。所以,只有在C 語(yǔ)言的配合使用下,Verilog 才能更好地發(fā)揮作用。</p><p>  解決方法:面對(duì)上述問(wèn)題,最好的方法是C 語(yǔ)言與Verilog 語(yǔ)言相輔相成,互相配合使用。這就是既要利用C 語(yǔ)言的完整性,又要結(jié)合Verilog 對(duì)硬件描述的精確性,來(lái)更快更好地設(shè)計(jì)出符合

9、性能要求的硬件電路系統(tǒng)。利用C 語(yǔ)言完善的查錯(cuò)和編譯環(huán)境,設(shè)計(jì)者可以先設(shè)計(jì)出一個(gè)功能正確的設(shè)計(jì)單元,以此作為設(shè)計(jì)比較的標(biāo)準(zhǔn)。然后,把C 程序一段一段地改寫(xiě)成用并型結(jié)構(gòu)(類似于Verilog)描述的C 程序,此時(shí)還是在C 的環(huán)境里,使用的依然是C 語(yǔ)言。如果運(yùn)行結(jié)果都正確,就將C 語(yǔ)言關(guān)鍵字用Verilog 相應(yīng)的關(guān)鍵字替換,進(jìn)入Verilog 的環(huán)境。將測(cè)試輸入同時(shí)加到C 與Verilog 兩個(gè)單元,將其輸出做比較。這樣很容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的

10、所在,然后更正,再做測(cè)試,直至正確無(wú)誤。剩下的工作就交給后面的設(shè)計(jì)工程師繼續(xù)做。</p><p>  2) C 語(yǔ)言與Verilog 語(yǔ)言互相轉(zhuǎn)換中存在的問(wèn)題</p><p>  這樣的混合語(yǔ)言設(shè)計(jì)流程往往會(huì)在兩種語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換中會(huì)遇到許多難題。例如, 怎樣把</p><p>  C 程序轉(zhuǎn)換成類似Verilog 結(jié)構(gòu)的C 程序,來(lái)增加并行度,以保證用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)運(yùn)行速度

11、達(dá)到設(shè)計(jì)要求;又如怎樣不使用C 中較抽象的語(yǔ)法:例如迭代,指針,不確定次數(shù)的循環(huán)等等,也能來(lái)表示算法(因?yàn)檗D(zhuǎn)換的目的是要用可綜合的Verilog 語(yǔ)句來(lái)代替C程序中的語(yǔ)句,而可用于綜合的Verilog 語(yǔ)法是相當(dāng)有限的,往往找不到相應(yīng)的關(guān)鍵字來(lái)替換)。</p><p>  C 程序是一行接一行依次執(zhí)行的,屬于順序結(jié)構(gòu),而Verilog 描述的硬件是可以在同一</p><p>  時(shí)間同時(shí)運(yùn)

12、行的,屬于并行結(jié)構(gòu)。這兩者之間有很大的沖突。而Verilog 的仿真軟件也是順序執(zhí)行的,在時(shí)間關(guān)系上同實(shí)際的硬件是有差異的,可能會(huì)出現(xiàn)一些無(wú)法發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。</p><p>  Verilog 可用的輸出輸入函數(shù)很少。C 語(yǔ)言的花樣則很多,轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)遇到一些困難。</p><p>  C 語(yǔ)言的函數(shù)調(diào)用與Verilog 中模塊的調(diào)用也有區(qū)別。C 程序調(diào)用函數(shù)是沒(méi)有延時(shí)特性的,一個(gè)函數(shù)是唯一

13、確定的,對(duì)同一個(gè)函數(shù)的不同調(diào)用是一樣的。而Verilog 中對(duì)模塊的不同調(diào)用是不同的,即使調(diào)用的是同一個(gè)模塊,必須用不同的名字來(lái)指定。Verilog的語(yǔ)法規(guī)則很死,限制很多,能用的判斷語(yǔ)句有限。仿真速度較慢,查錯(cuò)功能差,錯(cuò)誤信息不完整。仿真軟件通常也很昂貴,而且不一定可靠。C 語(yǔ)言沒(méi)有時(shí)間關(guān)系,轉(zhuǎn)換后的Verilog 程序必須要能做到?jīng)]有任何外加的人工延時(shí)信號(hào),也就是必須表達(dá)為有限狀態(tài)機(jī),即RTL 級(jí)的Verilog,否則將無(wú)法使用綜合

14、工具把Verilog 源代碼轉(zhuǎn)化為門級(jí)邏輯。</p><p>  3) 如何利用C 語(yǔ)言來(lái)加快硬件的設(shè)計(jì)和查錯(cuò)</p><p>  下表中列出了常用的C 與Verilog 相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字與控制結(jié)構(gòu)</p><p>  下表中,列出了C 與Verilog 相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算符</p><p>  從上面的討論我們可以總結(jié)如下:</p>

15、<p>  􀁹 C 語(yǔ)言與Verilog 硬件描述語(yǔ)言可以配合使用,輔助設(shè)計(jì)硬件</p><p>  􀁹 C 語(yǔ)言與Verilog 硬件描述語(yǔ)言很象,只要稍加限制,C 語(yǔ)言的程序很容易轉(zhuǎn)成Verilog</p><p><b>  的程序</b></p><p>  1.2 Verilog HDL與

16、VHDL</p><p>  Verilog HDL和VHDL都是用于邏輯設(shè)計(jì)的硬件描述語(yǔ)言,并且都已成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。VHDL是在1987年成為IEEE標(biāo)準(zhǔn),Verilog HDL則在1995年才正式成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。之所以VHDL比Verilog HDL早成為IEEE標(biāo)準(zhǔn),這是因?yàn)閂HDL是美國(guó)軍方組織開(kāi)發(fā)的,而Verilog HDL 則是從一個(gè)普通的民間公司的私有財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)化而來(lái),基于Verilog HDL的優(yōu)

17、越性,才成為的IEEE標(biāo)準(zhǔn),因而有更強(qiáng)的生命力。</p><p>  VHDL 其英文全名為VHSIC Hardware Description Language,而VHSIC則是Very High Speed Integerated Circuit的縮寫(xiě)詞,意為甚高速集成電路,故VHDL其準(zhǔn)確的中文譯名為甚高速集成電路的硬件描述語(yǔ)言。</p><p>  Verilog HDL和VHDL

18、作為描述硬件電路設(shè)計(jì)的語(yǔ)言,其共同的特點(diǎn)在于:</p><p>  能形式化地抽象表示電路的結(jié)構(gòu)和行為、支持邏輯設(shè)計(jì)中層次與領(lǐng)域的描述、可借用高級(jí)語(yǔ)言的精巧結(jié)構(gòu)來(lái)簡(jiǎn)化電路的描述、具有電路仿真與驗(yàn)證機(jī)制以保證設(shè)計(jì)的正確性、支持電路描述由高層到低層的綜合轉(zhuǎn)換、硬件描述與實(shí)現(xiàn)工藝無(wú)關(guān)(有關(guān)工藝參數(shù)可通過(guò)語(yǔ)言提供的屬性包括進(jìn)去)、便于文檔管理、易于理解和設(shè)計(jì)重用。</p><p>  但是Veri

19、log HDL和VHDL又各有其自己的特點(diǎn)。由于Verilog HDL早在1983年就已推出,至今已有十三年的應(yīng)用歷史,因而Verilog HDL擁有更廣泛的設(shè)計(jì)群體,成熟的資源也遠(yuǎn)比VHDL豐富。與VHDL相比VerilogHDL的最大優(yōu)點(diǎn)是:它是一種非常容易掌握的硬件描述語(yǔ)言,只要有C語(yǔ)言的編程基礎(chǔ),通過(guò)二十學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí),再加上一段實(shí)際操作,一般同學(xué)可在二至三個(gè)月內(nèi)掌握這種設(shè)計(jì)技術(shù)。而掌握VHDL設(shè)計(jì)技術(shù)就比較困難。這是</p&

20、gt;<p>  因?yàn)閂HDL不很直觀,需要有Ada編程基礎(chǔ),一般認(rèn)為至少需要半年以上的專業(yè)培訓(xùn),才能掌握VHDL的基本設(shè)計(jì)技術(shù)。目前版本的Verilog HDL和VHDL在行為級(jí)抽象建模的覆蓋范圍方面也有所不同。一般認(rèn)為Verilog HDL在系統(tǒng)級(jí)抽象方面比VHDL略差一些,而在門級(jí)開(kāi)關(guān)電路描述方面比VHDL強(qiáng)得多。下面圖1-3是Verilog HDL和VHDL建模能力的比較圖示供讀者參考:</p>&l

21、t;p>  Verilog HDL較為適合系統(tǒng)級(jí)(System)、算法級(jí)(Alogrithem)、寄存器傳輸級(jí)(RTL)、邏輯級(jí)(Logic)、門級(jí)(Gate)、電路開(kāi)關(guān)級(jí)(Switch)設(shè)計(jì),而對(duì)于特大型(幾百萬(wàn)門級(jí)以上)的系統(tǒng)級(jí)(System)設(shè)計(jì),則VHDL更為適合,由于這兩種HDL語(yǔ)言還在不斷地發(fā)展過(guò)程中,它們都會(huì)逐步地完善自己。</p><p>  美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)邏輯電路設(shè)計(jì)和制造廠家大都以V

22、erilog HDL 為主,中國(guó)大陸地區(qū)目前學(xué)習(xí)使用VHDL 的較多。到底選用VHDL 或是Verilog HDL 來(lái)配合C 一起用,就留給各位</p><p>  自行去決定。但從學(xué)習(xí)的角度來(lái)看,Verilog HDL 比較簡(jiǎn)單,也與C 語(yǔ)言較接近,容易掌握。從使用的角度,支持Verilog 硬件描述語(yǔ)言的半導(dǎo)體廠家也較支持VHDL 的多。</p><p>  2 有關(guān)Verilog 中

23、的一些語(yǔ)法</p><p><b>  2.1 運(yùn)算符</b></p><p><b>  位運(yùn)算符</b></p><p><b>  1) ~ //取反</b></p><p>  2) & //按位與</p><p>  3) | //按位

24、或</p><p>  4) ^ //按位異或</p><p>  5) ^~ //按位同或(異或非)</p><p><b>  邏輯運(yùn)算符</b></p><p>  在Verilog HDL語(yǔ)言中存在三種邏輯運(yùn)算符:</p><p><b>  1) && 邏輯與&

25、lt;/b></p><p><b>  2) || 邏輯或</b></p><p><b>  3) ! 邏輯非</b></p><p><b>  等式運(yùn)算符</b></p><p>  在Verilog HDL語(yǔ)言中存在四種等式運(yùn)算符:</p><

26、;p>  1) == (等于)</p><p>  2) != (不等于)</p><p>  3) === (等于)</p><p>  4) !== (不等于)</p><p>  "=="和"!="又稱為邏輯等式運(yùn)算符。其結(jié)果由兩個(gè)操作數(shù)的值決定。由于操作數(shù)中某些位可能是不定值x和高阻值z(mì),

27、結(jié)果可能為不定值x。</p><p>  而"==="和"!=="運(yùn)算符則不同,它在對(duì)操作數(shù)進(jìn)行比較時(shí)對(duì)某些位的不定值x和高阻值z(mì)也進(jìn)行比較,兩個(gè)操作數(shù)必需完全一致,其結(jié)果才是1,否則為0。"==="和"!=="運(yùn)算符常用于case表達(dá)式的判別,所以又稱為"case等式運(yùn)算符"。</p><p&

28、gt;<b>  位移運(yùn)算符</b></p><p><b>  左移:右邊的添0</b></p><p>  右移:左邊的添0,移除的位舍去</p><p><b>  舉例:</b></p><p>  4’b1001<<1 = 5’b10010; 4’b100

29、1<<2 = 6’b100100;</p><p>  1<<6 = 32’b1000000; 4’b1001>>1 = 4’b0100; 4’b1001>>4 = 4’b0000;</p><p><b>  位拼接運(yùn)算符</b></p><p>  1.{a,b[3:0],w,3’b101}也

30、可以寫(xiě)成為{a,b[3],b[2],b[1],b[0],w,1’b1,1’b0,1’b1}</p><p>  2.{4{w}} //這等同于{w,w,w,w}</p><p>  3.{b,{3{a,b}}} //這等同于{b,a,b,a,b,a,b}</p><p><b>  負(fù)數(shù):</b></p><p>  一

31、個(gè)數(shù)字可以被定義為負(fù)數(shù),只需在位寬表達(dá)式前加一個(gè)減號(hào),減號(hào)必須寫(xiě)在數(shù)字定義表達(dá)式的最前面。注意減號(hào)不可以放在位寬和進(jìn)制之間也不可以放在進(jìn)制和具體的數(shù)之間。見(jiàn)下例:-8'd5 //這個(gè)表達(dá)式代表5的補(bǔ)數(shù)(用八位二進(jìn)制數(shù)表示)</p><p>  2.2 Wire、reg、tri、memory型</p><p>  wire型變量通常是用來(lái)表示單個(gè)門驅(qū)動(dòng)或連續(xù)賦值語(yǔ)句驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)

32、,tri型變量則用來(lái)表示多驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)。如果wire型或tri型變量沒(méi)有定義邏輯強(qiáng)度(logic strength),在多驅(qū)動(dòng)源的情況下,邏輯值會(huì)發(fā)生沖突從而產(chǎn)生不確定值。</p><p>  wire型數(shù)據(jù)常用來(lái)表示用于以assign關(guān)鍵字指定的組合邏輯信號(hào)。Verilog程序模塊中輸入輸出信號(hào)類型缺省時(shí)自動(dòng)定義為wire型。</p><p>  寄存器是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元的抽象。寄

33、存器數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵字是reg,通過(guò)賦值語(yǔ)句可以改變寄存器儲(chǔ)存的值,其作用與改變觸發(fā)器儲(chǔ)存的值相當(dāng)。reg類型數(shù)據(jù)的缺省初始值為不定值x。</p><p>  reg型數(shù)據(jù)常用來(lái)表示用于“always”模塊內(nèi)的指定信號(hào),常代表觸發(fā)器。通常,在設(shè)計(jì)中要由“always”塊通過(guò)使用行為描述語(yǔ)句來(lái)表達(dá)邏輯關(guān)系。在“always”塊內(nèi)被賦值的每一個(gè)信號(hào)都必須定義成reg, reg型只表示被定義的信號(hào)將用在“always”塊

34、內(nèi),理解這一點(diǎn)很重要。并不是說(shuō)reg型信號(hào)一定是寄存器或觸發(fā)器的輸出。雖然reg型信號(hào)常常是寄存器或觸發(fā)器的輸出,但并不一定總是這樣。</p><p>  Verilog HDL通過(guò)對(duì)reg型變量建立數(shù)組來(lái)對(duì)存儲(chǔ)器建模,可以描述RAM型存儲(chǔ)器,ROM存儲(chǔ)器和reg文件。數(shù)組中的每一個(gè)單元通過(guò)一個(gè)數(shù)組索引進(jìn)行尋址。在Verilog語(yǔ)言中沒(méi)有多維數(shù)組存在。 memory型數(shù)據(jù)是通過(guò)擴(kuò)展reg型數(shù)據(jù)的地址范圍來(lái)生成的。

35、</p><p>  reg [7:0] mema[255:0];</p><p>  這個(gè)例子定義了一個(gè)名為mema的存儲(chǔ)器,該存儲(chǔ)器有256個(gè)8位的存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器的地址范圍是0到255。</p><p>  盡管memory型數(shù)據(jù)和reg型數(shù)據(jù)的定義格式很相似,但要注意其不同之處。如一個(gè)由n個(gè)1位寄存器構(gòu)成的存儲(chǔ)器組是不同于一個(gè)n位的寄存器的。見(jiàn)下例:<

36、/p><p>  reg [n-1:0] rega; //一個(gè)n位的寄存器</p><p>  reg mema [n-1:0]; //一個(gè)由n個(gè)1位寄存器構(gòu)成的存儲(chǔ)器組</p><p>  一個(gè)n位的寄存器可以在一條賦值語(yǔ)句里進(jìn)行賦值,而一個(gè)完整的存儲(chǔ)器則不行。見(jiàn)下例:</p><p>  rega =0; //合法賦值語(yǔ)句</p>

37、<p>  mema =0; //非法賦值語(yǔ)句</p><p>  如果想對(duì)memory中的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫(xiě)操作,必須指定該單元在存儲(chǔ)器中的地址。下面的寫(xiě)法是正確的。</p><p>  mema[3]=0; //給memory中的第3個(gè)存儲(chǔ)單元賦值為0。</p><p>  2.3 assign和always語(yǔ)句</p><p&g

38、t;  模塊中最重要的部分是邏輯功能定義部分。有三種方法可在模塊中產(chǎn)生邏輯。</p><p>  1).用“assign”聲明語(yǔ)句</p><p>  采用“assign”語(yǔ)句是描述組合邏輯最常用的方法之一。</p><p>  如: assign a = b & c;</p><p><b>  2).用實(shí)例元件</

39、b></p><p>  如: and and_inst( q, a, b );</p><p>  采用實(shí)例元件的方法象在電路圖輸入方式下,調(diào)入庫(kù)元件一樣。鍵入元件的名字和相連的引腳即可,表示在設(shè)計(jì)中用到一個(gè)跟與門(and)一樣的名為and_inst的與門,其輸入端為a, b,輸出為q。要求每個(gè)實(shí)例元件的名字必須是唯一的,以避免與其他調(diào)用與門(and)的實(shí)例混淆。</p>

40、;<p>  3).用“always”塊</p><p>  “always”塊既可用于描述組合邏輯也可描述時(shí)序邏輯。</p><p>  如果用Verilog模塊實(shí)現(xiàn)一定的功能,首先應(yīng)該清楚哪些是同時(shí)發(fā)生的,哪些是順序發(fā)生的。上面三個(gè)例子分別采用了“assign”語(yǔ)句、實(shí)例元件和“always”塊。這三個(gè)例子描述的邏輯功能是同時(shí)執(zhí)行的。也就是說(shuō),如果把這三項(xiàng)寫(xiě)到一個(gè) Ver

41、iIog 模塊文件中去,它們的次序不會(huì)影響邏輯實(shí)現(xiàn)的功能。這三項(xiàng)是同時(shí)執(zhí)行的,也就是并發(fā)的。</p><p>  然而,在“always”模塊內(nèi),邏輯是按照指定的順序執(zhí)行的。“always”塊中的語(yǔ)句稱為“順序語(yǔ)句”,因?yàn)樗鼈兪琼樞驁?zhí)行的。請(qǐng)注意,兩個(gè)或更多的“always”模塊也是同時(shí)執(zhí)行的,但是模塊內(nèi)部的語(yǔ)句是順序執(zhí)行的。</p><p>  always塊的語(yǔ)法原則:</p&g

42、t;<p>  1) 每個(gè)always塊只能有一個(gè)事件控制"@(event-expression)",而且要緊跟在always關(guān)鍵字后面。</p><p>  2) always塊可以表示時(shí)序邏輯或者組合邏輯,也可以用always塊既表示電平敏感的透明鎖存器又同時(shí)表示組合邏輯。但是不推薦使用這種描述方法,因?yàn)檫@容易產(chǎn)生錯(cuò)誤和多余的電平敏感的透明鎖存器。</p>&l

43、t;p>  3) 帶有posedge 或 negedge 關(guān)鍵字的事件表達(dá)式表示沿觸發(fā)的時(shí)序邏輯,沒(méi)有posedge 或negedge關(guān)鍵字的表示組合邏輯或電平敏感的鎖存器,或者兩種都表示。在表示時(shí)序和組合邏輯的事件控制表達(dá)式中如有多個(gè)沿和多個(gè)電平,其間必須用關(guān)鍵字 “ or ” 連接 。</p><p>  4) 每個(gè)表示時(shí)序always塊只能由一個(gè)時(shí)鐘跳變沿觸發(fā),置位或復(fù)位最好也由該時(shí)鐘跳變沿觸發(fā)。&l

44、t;/p><p>  5) 每個(gè)在always塊中賦值的信號(hào)都必需定義成reg型或整型。整型變量缺省為32bit,使用Verilog操作符可對(duì)其進(jìn)行二進(jìn)制求補(bǔ)的算術(shù)運(yùn)算。綜合器還支持整型量的范圍說(shuō)明,這樣就允許產(chǎn)生不是32位的整型量。句法結(jié)構(gòu):integer[<msb>:<lsb>]<identifier>。</p><p>  6) always塊中應(yīng)該避

45、免組合反饋回路。每次執(zhí)行always塊時(shí),在生成組合邏輯的always塊中賦值的所有信號(hào)必需都有明確的值;否則,需要設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中加入電平敏感的鎖存器來(lái)保持賦值前的最后一個(gè)值,只有這樣綜合器才能正常生成電路。如果不這樣做綜合器會(huì)發(fā)出警告提示設(shè)計(jì)中插入了鎖存器。如果在設(shè)計(jì)中存在綜合器認(rèn)為不是電平敏感鎖存器的組合回路時(shí),綜合器會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤信息(例如設(shè)計(jì)中有異步狀態(tài)機(jī)時(shí))。</p><p>  上面這一段不太好理解,讓我

46、們?cè)俳忉屢幌?這也就是說(shuō),用always塊設(shè)計(jì)純組合邏輯電路時(shí), 在生成組合邏輯的always塊中參與賦值的所有信號(hào)都必需有明確的值[即在賦值表達(dá)式右端參與賦值的信號(hào)都必需在always @(敏感電平列表)中列出],如果在賦值表達(dá)式右端引用了敏感電平列表中沒(méi)有列出的信號(hào),那么在綜合時(shí),將會(huì)為該沒(méi)有列出信號(hào)隱含地產(chǎn)生一個(gè)透明鎖存器,這是因?yàn)樵撔盘?hào)的變化不會(huì)立刻引起所賦值的變化,而必須等到敏感電平列表中某一個(gè)信號(hào)變化時(shí),它的作用才顯現(xiàn)出來(lái),

47、也就是相當(dāng)于存在著一個(gè)透明鎖存器把該信號(hào)的變化暫存起來(lái),待敏感電平列表中某一個(gè)信號(hào)變化時(shí)再起作用, 純組合邏輯電路不可能做到這一點(diǎn)。這樣,綜合后所得電路已經(jīng)不是純組合邏輯電路了,這時(shí)綜合器會(huì)發(fā)出警告提示設(shè)計(jì)中插入了鎖存器。見(jiàn)下例。</p><p>  例:input a,b,c;</p><p><b>  reg e,d;</b></p><p&

48、gt;  always @(a or b or c)</p><p><b>  begin</b></p><p>  e =d & a & b;</p><p>  /* 因?yàn)閐沒(méi)有在敏感電平列表中,所以d變化時(shí),e不能立刻變化,要等到a或b或c變化時(shí)才體現(xiàn)出來(lái),這就是說(shuō)實(shí)際上相當(dāng)于存在一個(gè)電平敏感的透明鎖存器在起作用, 把

49、d信號(hào)的變化鎖存其中 */</p><p><b>  d =e | c;</b></p><p><b>  end</b></p><p>  邊沿觸發(fā)的always塊常常描述時(shí)序邏輯,如果符合可綜合風(fēng)格要求可用綜合工具自動(dòng)轉(zhuǎn)換為表示時(shí)序邏輯的寄存器組和門級(jí)邏輯,而電平觸發(fā)的always塊常常用來(lái)描述組合邏輯和帶鎖存器

50、的組合邏輯,如果符合可綜合風(fēng)格要求可轉(zhuǎn)換為表示組合邏輯的門級(jí)邏輯或帶鎖存器的組合邏輯。一個(gè)模塊中可以有多個(gè)always塊,它們都是并行運(yùn)行的。</p><p>  2.4 阻塞賦值和非阻塞賦值</p><p>  1.非阻塞(Non_Blocking)賦值方式( 如 b <= a; ) ,在描述時(shí)序邏輯的always 塊中用非阻塞賦值,則綜合成時(shí)序邏輯的電路結(jié)構(gòu)。</p>

51、<p>  1) 塊結(jié)束后才完成賦值操作。</p><p>  2) b的值并不是立刻就改變的。</p><p>  3) 這是一種比較常用的賦值方法。(特別在編寫(xiě)可綜合模塊時(shí))</p><p>  2.阻塞(Blocking)賦值方式( 如 b = a; ) ,在描述組合邏輯的always 塊中用阻塞賦值,則綜合成組合邏輯的電路結(jié)構(gòu)。</p&g

52、t;<p>  1) 賦值語(yǔ)句執(zhí)行完后,塊才結(jié)束。</p><p>  2) b的值在賦值語(yǔ)句執(zhí)行完后立刻就改變的</p><p>  3) 可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。</p><p>  到目前為止,前面所舉的例子中的"always"模塊內(nèi)的reg型信號(hào)都是采用</p><p>  下面的這種賦值方式:b

53、<= a;</p><p>  這種方式的賦值并不是馬上執(zhí)行的,也就是說(shuō)"always"塊內(nèi)的下一條語(yǔ)句執(zhí)行后,b并不等于a,而是保持原來(lái)的值。"always"塊結(jié)束后,才進(jìn)行賦值。而另一種賦值方式阻塞賦值方式,b = a;</p><p>  這種賦值方式是馬上執(zhí)行的。也就是說(shuō)執(zhí)行下一條語(yǔ)句時(shí),b已等于a。</p><p&

54、gt;  [例1]:always @( posedge clk )</p><p><b>  begin</b></p><p><b>  b<=a;</b></p><p><b>  c<=b;</b></p><p><b>  end</

55、b></p><p>  [例1] 中的"always"塊中用了非阻塞賦值方式,定義了兩個(gè)reg型信號(hào)b和c,clk信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí),b就等于a,c就等于b,這里應(yīng)該用到了兩個(gè)觸發(fā)器。請(qǐng)注意:賦值是在"always"塊結(jié)束后執(zhí)行的,c應(yīng)為原來(lái)b的值。這個(gè)"always"塊實(shí)際描述的電路功能如下圖所示:</p><p>  

56、[例2]: always @(posedge clk)</p><p><b>  begin</b></p><p><b>  b=a;</b></p><p><b>  c=b;</b></p><p><b>  end</b></p>

57、;<p>  [例2]中的 "always"塊用了阻塞賦值方式。clk信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí),將發(fā)生如下的變化:b馬上取a的值,c馬上取b的值(即等于a),生成的電路圖如下所示只用了一個(gè)觸發(fā)器來(lái)寄存器a的值,又輸出給b和c。這大概不是設(shè)計(jì)者的初衷,如果采用[例1]所示的非阻塞賦值方式就可以避免這種錯(cuò)誤</p><p>  關(guān)于賦值語(yǔ)句的編寫(xiě)規(guī)則:</p><p&g

58、t;  1) 時(shí)序電路建模時(shí),用非阻塞賦值。</p><p>  2) 鎖存器電路建模時(shí),用非阻塞賦值。</p><p>  3) 用always 塊建立組合邏輯模型時(shí),用阻塞賦值。</p><p>  4) 在同一個(gè)always 塊中建立時(shí)序和組合邏輯電路時(shí),用非阻塞賦值。</p><p>  5) 在同一個(gè)always 塊中不要既用非阻塞

59、賦值又用阻塞賦值。</p><p>  6) 不要在一個(gè)以上的always 塊中為同一個(gè)變量賦值。</p><p>  7) 用$strobe 系統(tǒng)任務(wù)來(lái)顯示用非阻塞賦值的變量值</p><p>  8) 在賦值時(shí)不要使用 #0 延遲</p><p>  2.5 Verilog中使用的一些關(guān)鍵字</p><p>  a

60、lways, and, assign,begin,buf,bufif0,bufif1,case,casex,casez,cmos,deassign,</p><p>  default,defparam,disable,edge,else,end,endcase,endmodule,endfunction,endprimitive,endspecify, endtable, endtask, event, for

61、, force, forever, fork, function,highz0,highz1, if,initial, inout, input,integer,join,large,macromodule,medium,module,nand,negedge,nmos,nor,not,notif0,notifl, or, output, parameter, pmos, posedge,primitive, pull0, pull1,

62、 pullup, pulldown, rcmos, reg, releses, repeat, mmos, rpmos,rtran, rtranif0,rtranif1,scalared,small,specify,specparam,strength,strong0, strong1,supply0, supp</p><p>  所以,在對(duì)變量進(jìn)行命名的時(shí)候,避免使用以上的名字,以免造成混亂而使系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行爭(zhēng)

63、取識(shí)別 。</p><p>  下面主要介紹幾種常用的。</p><p>  1.Repeat 語(yǔ)句</p><p>  在repeat語(yǔ)句中,其表達(dá)式通常為常量表達(dá)式。下面的例子中使用repeat循環(huán)語(yǔ)句及加法和移位操作來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)乘法器。</p><p>  parameter size=8,longsize=16;</p>

64、<p>  reg [size:1] opa, opb;</p><p>  reg [longsize:1] result;</p><p>  begin: mult</p><p>  reg [longsize:1] shift_opa, shift_opb;</p><p>  shift_opa = opa;</p

65、><p>  shift_opb = opb;</p><p>  result = 0;</p><p>  repeat(size)</p><p><b>  begin</b></p><p>  if(shift_opb[1])</p><p>  result =

66、result + shift_opa;</p><p>  shift_opa = shift_opa <<1;</p><p>  shift_opb = shift_opb >>1;</p><p><b>  end</b></p><p><b>  end</b>&

67、lt;/p><p>  也可以用for語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn):</p><p>  for( bindex=1; bindex<=size; bindex=bindex+1 )</p><p>  if(opb[bindex])</p><p>  result = result + (opa<<(bindex-1));</p>

68、<p>  2.task和function說(shuō)明語(yǔ)句的不同點(diǎn)</p><p>  task和function說(shuō)明語(yǔ)句分別用來(lái)定義任務(wù)和函數(shù)。利用任務(wù)和函數(shù)可以把一個(gè)很大的程序模塊分解成許多較小的任務(wù)和函數(shù)便于理解和調(diào)試。輸入、輸出和總線信號(hào)的值可以傳入、傳出任務(wù)和函數(shù)。任務(wù)和函數(shù)往往還是大的程序模塊中在不同地點(diǎn)多次用到的相同的程序段。學(xué)會(huì)使用task和function語(yǔ)句可以簡(jiǎn)化程序的結(jié)構(gòu),使程序明白

69、易懂,是編寫(xiě)較大型模塊的基本功</p><p>  任務(wù)和函數(shù)有些不同,主要的不同有以下四點(diǎn):</p><p>  1) 函數(shù)只能與主模塊共用同一個(gè)仿真時(shí)間單位,而任務(wù)可以定義自己的仿真時(shí)間單位。</p><p>  2) 函數(shù)不能啟動(dòng)任務(wù),而任務(wù)能啟動(dòng)其它任務(wù)和函數(shù)。</p><p>  3) 函數(shù)至少要有一個(gè)輸入變量,而任務(wù)可以沒(méi)有或有多

70、個(gè)任何類型的變量。</p><p>  4) 函數(shù)返回一個(gè)值,而任務(wù)則不返回值。</p><p>  函數(shù)的目的是通過(guò)返回一個(gè)值來(lái)響應(yīng)輸入信號(hào)的值。任務(wù)卻能支持多種目的,能計(jì)算多個(gè)結(jié)果值,這些結(jié)果值只能通過(guò)被調(diào)用的任務(wù)的輸出或總線端口送出。Verilog HDL模塊使用函數(shù)時(shí)是把它當(dāng)作表達(dá)式中的操作符,這個(gè)操作的結(jié)果值就是這個(gè)函數(shù)的返回值。下面讓我們用例子來(lái)說(shuō)明:</p>&

71、lt;p>  例如,定義一任務(wù)或函數(shù)對(duì)一個(gè)16位的字進(jìn)行操作讓高字節(jié)與低字節(jié)互換,把它變?yōu)榱硪粋€(gè)字(假定這個(gè)任務(wù)或函數(shù)名為: switch_bytes)。</p><p>  任務(wù)返回的新字是通過(guò)輸出端口的變量,因此16位字字節(jié)互換任務(wù)的調(diào)用源碼是這樣的:</p><p>  switch_bytes(old_word,new_word);</p><p> 

72、 任務(wù)switch_bytes把輸入old_word的字的高、低字節(jié)互換放入new_word端口輸出,而函數(shù)返回的新字是通過(guò)函數(shù)本身的返回值,因此16位字字節(jié)互換函數(shù)的調(diào)用源碼是這樣的:</p><p>  new_word = switch_bytes(old_word);</p><p>  3.系統(tǒng)任務(wù) $random</p><p>  這個(gè)系統(tǒng)函數(shù)提供了一

73、個(gè)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的手段。當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時(shí)返回一個(gè)32bit的隨機(jī)數(shù)。它是一個(gè)帶符號(hào)的整形數(shù)。</p><p>  $random一般的用法是:$ramdom % b ,其中 b>0.它給出了一個(gè)范圍在(-b+1):(b-1)中的隨機(jī)數(shù)。</p><p>  下面給出一個(gè)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的例子:</p><p>  reg[23:0] rand;</p>&l

74、t;p>  rand = $random % 60;//(-60+1:60-1)=(-59:59)</p><p>  上面的例子給出了一個(gè)范圍在-59到59之間的隨機(jī)數(shù),下面的例子通過(guò)位并接操作產(chǎn)生一個(gè)值在0到59之間的數(shù)。</p><p>  reg[23:0] rand;</p><p>  rand = {$random} % 60;</p>

75、;<p>  $random產(chǎn)生寬度隨機(jī)的隨機(jī)脈沖序列的測(cè)試信號(hào)源,在電路模塊的設(shè)計(jì)仿真時(shí)非常有用。</p><p>  例:`timescale 1ns/1ns</p><p>  module random_pulse( dout );</p><p>  output [9:0] dout;</p><p><b&g

76、t;  reg dout;</b></p><p>  integer delay1,delay2,k;</p><p><b>  initial</b></p><p><b>  begin</b></p><p>  #10 dout=0;</p><p>

77、;  for (k=0; k< 100; k=k+1)</p><p><b>  begin</b></p><p>  delay1 = 20 * ( {$random} % 6);// delay1 在0到100ns間變化</p><p>  delay2 = 20 * ( 1 + {$random} % 3);// delay2

78、在20到60ns間變化</p><p>  #delay1 dout = 1 << ({$random} %10);</p><p>  //dout的0--9位中隨機(jī)出現(xiàn)1,并出現(xiàn)的時(shí)間在0-100ns間變化</p><p>  #delay2 dout = 0;//脈沖的寬度在在20到60ns間變化</p><p><b

79、>  end</b></p><p><b>  end</b></p><p><b>  endmodule</b></p><p>  4.宏定義 `define</p><p>  用一個(gè)指定的標(biāo)識(shí)符(即名字)來(lái)代表一個(gè)字符串,它的一般形式為:</p><

80、;p>  `define 標(biāo)識(shí)符(宏名) 字符串(宏內(nèi)容)</p><p>  如:`define signal string</p><p>  它的作用是指定用標(biāo)識(shí)符signal來(lái)代替string這個(gè)字符串,在編譯預(yù)處理時(shí),把程序中在該命令以后所有的signal都替換成string。這種方法使用戶能以一個(gè)簡(jiǎn)單的名字代替一個(gè)長(zhǎng)的字符串,也可以用一個(gè)有含義的名字來(lái)代替沒(méi)有含義的數(shù)字和

81、符號(hào),因此把這個(gè)標(biāo)識(shí)符(名字)稱為“宏名”,在編譯預(yù)處理時(shí)將宏名替換成字符串的過(guò)程稱為“宏展開(kāi)”。</p><p><b>  宏定義的八點(diǎn)說(shuō)明:</b></p><p>  1) 宏名可以用大寫(xiě)字母表示,也可以用小寫(xiě)字母表示。建議使用大寫(xiě)字母,以與變量名相</p><p><b>  區(qū)別。</b></p>

82、<p>  2) 宏定義不是Verilog HDL語(yǔ)句,不必在行末加分號(hào)。如果加了分號(hào)會(huì)連分號(hào)一起進(jìn)行置</p><p><b>  換。如:</b></p><p>  [例2]:module test;</p><p>  reg a, b, c, d, e, out;</p><p>  `define

83、 expression a+b+c+d;</p><p>  assign out = `expression + e;</p><p><b>  ...</b></p><p><b>  endmodule</b></p><p>  經(jīng)過(guò)宏展開(kāi)以后,該語(yǔ)句為:assign out = a+b

84、+c+d;+e;顯然出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。</p><p>  3) `define命令可以出現(xiàn)在模塊定義里面,也可以出現(xiàn)在模塊定義外面。宏名的有效范圍</p><p>  為定義命令之后到原文件結(jié)束。通常,`define命令寫(xiě)在模塊定義的外面,作為程序的一部分,在此程序內(nèi)有效。</p><p>  4) 使用宏名代替一個(gè)字符串,可以減少程序中重復(fù)書(shū)寫(xiě)某些字符串的工作量。而

85、且記住一</p><p>  個(gè)宏名要比記住一個(gè)無(wú)規(guī)律的字符串容易,這樣在讀程序時(shí)能立即知道它的含義,當(dāng)需</p><p>  要改變某一個(gè)變量時(shí),可以只改變 `define命令行,一改全改。如例1中,先定義WORDSIZE</p><p>  代表常量8,這時(shí)寄存器data是一個(gè)8位的寄存器。如果需要改變寄存器的大小,只需把</p><p>

86、;  該命令行改為:`define WORDSIZE 16。這樣寄存器data則變?yōu)橐粋€(gè)16位的寄存器。</p><p>  由此可見(jiàn)使用宏定義,可以提高程序的可移植性和可讀性。</p><p>  5.時(shí)間尺度 `timescale</p><p>  `timescale命令用來(lái)說(shuō)明跟在該命令后的模塊的時(shí)間單位和時(shí)間精度。使用`timescale命令可以在同一個(gè)

87、設(shè)計(jì)里包含采用了不同的時(shí)間單位的模塊。例如,一個(gè)設(shè)計(jì)中包含了兩個(gè)模塊,其中一個(gè)模塊的時(shí)間延遲單位為ns,另一個(gè)模塊的時(shí)間延遲單位為ps。EDA工具仍然可以對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真測(cè)試。</p><p>  `timescale 命令的格式如下:</p><p>  `timescale<時(shí)間單位>/<時(shí)間精度></p><p>  $time與$r

88、ealtime</p><p>  $time: 返回的是整型數(shù)</p><p>  $realtime:返回的是實(shí)型數(shù)</p><p>  6. 用戶定義的原語(yǔ)(UDP)</p><p>  由于UDP是用查表的方法來(lái)確定其輸出的,用仿真器進(jìn)行仿真時(shí),對(duì)它的處理速度較對(duì)一般用戶編寫(xiě)的模塊快得多。與一般的用戶模塊比較,UDP更為基本,它只能描

89、述簡(jiǎn)單的能用真值表表示的組合或時(shí)序邏輯。UDP模塊的結(jié)構(gòu)與一般模塊類似,只是不用module而改用primitive關(guān)鍵詞開(kāi)始,不用endmodule而改用endprimitive關(guān)鍵詞結(jié)束</p><p><b>  定義UDP的語(yǔ)法:</b></p><p>  primitive 元件名(輸出端口名,輸入端口名1,輸入端口名2,…)</p><

90、;p>  output 輸出端口名;</p><p>  input 輸入端口名1, 輸入端口名2,…;</p><p>  reg 輸出端口名;</p><p>  initial begin</p><p>  輸出端口寄存器或時(shí)序邏輯內(nèi)部寄存器賦初值(0,1,或 X);</p><p><b> 

91、 end</b></p><p><b>  table</b></p><p>  //輸入1 輸入2 輸入3 … : 輸出</p><p>  邏輯值 邏輯值 邏輯值 … : 邏輯值 ;</p><p>  邏輯值 邏輯值 邏輯值 … : 邏輯值 ;</p><p>  邏輯值 邏

92、輯值 邏輯值 … : 邏輯值 ;</p><p>  … … … … : … ;</p><p><b>  endtable</b></p><p>  endprimitive</p><p><b>  注意點(diǎn):</b></p><p>  1) UDP只能有一個(gè)輸出端

93、,而且必定是端口說(shuō)明列表的第一項(xiàng)。</p><p>  2) UDP可以有多個(gè)輸入端,最多允許有10個(gè)輸入端。</p><p>  3) UDP所有端口變量必須是標(biāo)量,也就是必須是1位的。</p><p>  4) 在UDP的真值表項(xiàng)中,只允許出現(xiàn)0、1、X三種邏輯值,高阻值狀態(tài)Z是不允許出現(xiàn)的。</p><p>  5) 只有輸出端才可以被

94、定義為寄存器類型變量。</p><p>  6) initial語(yǔ)句用于為時(shí)序電路內(nèi)部寄存器賦初值,只允許賦0、1、X三種邏輯值,缺省值為X。</p><p>  值得注意的是:往往在Verilog中使用C中常使用的一些關(guān)鍵字時(shí),不能進(jìn)行正常的綜合,這主要是由于Verilog的局限性所致,在這方面,需要查閱一些Verilog可綜合代碼風(fēng)格的書(shū)籍。</p><p>&

95、lt;b> ?。???疑問(wèn):</b></p><p>  在使用for 、reapeat、while等關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)某些功能的時(shí)候,相對(duì)而言很直觀、簡(jiǎn)介,但在綜合的時(shí)候,出現(xiàn)錯(cuò)誤,有待討論。</p><p><b>  2.6 其他</b></p><p><b>  1.優(yōu)先級(jí)別</b></p>

96、<p>  2.關(guān)于程序中生成鎖存器的問(wèn)題</p><p>  右邊的例子很明確,程序中的case語(yǔ)句有default項(xiàng),指明了如果sel不取00或11時(shí),編譯器或仿真器應(yīng)賦給q的值。程序所示情況下,q賦為0,因此不需要鎖存器。</p><p>  以上就是怎樣來(lái)避免偶然生成鎖存器的錯(cuò)誤。如果用到if語(yǔ)句,最好寫(xiě)上else項(xiàng)。如果用case語(yǔ)句,最好寫(xiě)上default項(xiàng)。遵循上

97、面兩條原則,就可以避免發(fā)生這種錯(cuò)誤,使設(shè)計(jì)者更加明確設(shè)計(jì)目標(biāo),同時(shí)也增強(qiáng)了Verilog程序的可讀性。</p><p><b>  3.關(guān)于賦值</b></p><p>  1) 對(duì)一個(gè)寄存器型(reg)和整型(integer)變量給定位的賦值只允許在一個(gè)always塊內(nèi)進(jìn)行,如在另一always塊也對(duì)其賦值,這是非法的。</p><p>  

98、2) 把某一信號(hào)值賦為'bx,綜合器就把它解釋成無(wú)關(guān)狀態(tài),因而綜合器為其生成的硬件電路最簡(jiǎn)潔。</p><p>  3 有關(guān)Verilog建模</p><p>  3.1軟核、固核、硬核</p><p>  我們把功能經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、可綜合的、實(shí)現(xiàn)后電路結(jié)構(gòu)總門數(shù)在5000門以上的Verilog HDL模型稱之為“軟核”(Soft Core)</p>

99、<p>  我們把在某一種現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件上實(shí)現(xiàn)的,經(jīng)驗(yàn)證是正確的總門數(shù)在5000門以上電路結(jié)構(gòu)編碼文件,稱之為“固核”。</p><p>  我們把在某一種專用半導(dǎo)體集成電路工藝的(ASIC)器件上實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)證是正確的總門數(shù)在5000門以上的電路結(jié)構(gòu)掩膜,稱之為“硬核”。</p><p>  MASK(掩膜):(單片機(jī)掩膜是指程序數(shù)據(jù)已經(jīng)做成光刻版,在單片機(jī)

100、生產(chǎn)的過(guò)程中把程序做進(jìn)去。優(yōu)點(diǎn)是:程序可靠、成本低。缺點(diǎn):批量要求大,每次修改程序就需要重新做光刻板,不同程序不能同時(shí)生產(chǎn),供貨周期長(zhǎng)。</p><p>  在半導(dǎo)體制造中,許多芯片工藝步驟采用光刻技術(shù),用于這些步驟的圖形“底片”稱為掩膜(也稱作“掩?!保渥饔檬牵涸诠杵线x定的區(qū)域中對(duì)一個(gè)不透明的圖形模板掩膜,繼而下面的腐蝕或擴(kuò)散將只影響選定的區(qū)域)</p><p>  顯而易見(jiàn),在具

101、體實(shí)現(xiàn)手段和工藝技術(shù)尚未確定的邏輯設(shè)計(jì)階段,軟核具有最大的靈活性,它可以很容易地借助EDA綜合工具與其它外部邏輯結(jié)合為一體。當(dāng)然,由于實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不確定性,有可能要作一些改動(dòng)以適應(yīng)相應(yīng)的工藝。相比之下固核和硬核與其它外部邏輯結(jié)合為一體的靈活性要差得多,特別是電路實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)改變時(shí)更是如此。而近年來(lái)電路實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的發(fā)展是相當(dāng)迅速的,為了邏輯電路設(shè)計(jì)成果的積累,和更快更好地設(shè)計(jì)更大規(guī)模的電路,發(fā)展軟核的設(shè)計(jì)和推廣軟核的重用技術(shù)是非常有必要的

102、</p><p>  3.2 模塊設(shè)計(jì)流程</p><p>  主要由兩大主要功能部分組成:</p><p>  1)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā):即從編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件-->綜合到布局布線-->投片生成這樣一系列步驟。</p><p>  2)設(shè)計(jì)驗(yàn)證:也就是進(jìn)行各種仿真的一系列步驟,如果在仿真過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就返回設(shè)計(jì)輸入進(jìn)行修改。</p>

103、<p>  自頂向下的設(shè)計(jì)過(guò)程中在每一層次劃分時(shí)都要對(duì)某些目標(biāo)作優(yōu)化,TOP_DOWN的設(shè)計(jì)過(guò)程是理想的設(shè)計(jì)過(guò)程,它的缺點(diǎn)是得到的最小單元不標(biāo)準(zhǔn),制造成本可能很高。從底向上的設(shè)計(jì)過(guò)程全采用標(biāo)準(zhǔn)基本單元,通常比較經(jīng)濟(jì),但有時(shí)可能不能滿足一些特定的指標(biāo)要求。復(fù)雜數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程通常是這兩種設(shè)計(jì)方法的結(jié)合,設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多個(gè)目</p><p><b>  標(biāo)的綜合平衡。</b&g

104、t;</p><p><b>  系統(tǒng)設(shè)計(jì):至頂向下</b></p><p><b>  底層電路:至底向上</b></p><p><b>  3.3 門級(jí)結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>  and 與門</b></p><p&

105、gt;<b>  nand 與非門</b></p><p><b>  nor 或非門</b></p><p><b>  or 或門</b></p><p><b>  xor 異或門</b></p><p><b>  xnor 異或非門&l

106、t;/b></p><p><b>  buf 緩沖器</b></p><p><b>  not 非門</b></p><p>  3.4 基本邏輯運(yùn)算</p><p><b>  全加器</b></p><p>  Xi 、Yi 表示兩個(gè)加數(shù),

107、Si 表示和,Ci -1 表示來(lái)自低位的進(jìn)位、Ci 表示向高</p><p>  位的進(jìn)位。從真值表很容易寫(xiě)出邏輯表達(dá)式如下:</p><p>  全加器和Si 的表達(dá)式也可以表示為:</p><p>  S i = P i ⊕ Ci 其中P i = Xi ⊕ Yi ( 5 . 1 )</p><p>  Ci = P i·Ci -

108、 1 + Gi 其中Gi = Xi·Yi ( 5 . 2 )</p><p>  參考清華大學(xué)出版社出版的劉寶琴老師編寫(xiě)的《數(shù)字電路與系統(tǒng)》,可以很容易地寫(xiě)出超前進(jìn)位形成電路的邏輯,在這里不再詳細(xì)介紹。</p><p>  16位超前進(jìn)位加法器原理圖</p><p>  Verilog實(shí)現(xiàn)加法器:assign {C, Sum } = X + Y;</

109、p><p>  Verilog實(shí)現(xiàn)乘法器:assign Product = X * Y;</p><p><b>  3.5 控制邏輯</b></p><p>  組合邏輯:輸出只是當(dāng)前輸入邏輯電平的函數(shù)(有延時(shí)),與電路的原始狀態(tài)無(wú)關(guān)的</p><p>  邏輯電路。也就是說(shuō),當(dāng)輸入信號(hào)中的任何一個(gè)發(fā)生變化時(shí),輸出都有可能

110、會(huì)根據(jù)其</p><p>  變化而變化,但與電路目前所處的狀態(tài)沒(méi)有任何關(guān)系。</p><p>  組合邏輯:由與、或、非門組成的網(wǎng)絡(luò)。常用的組合電路有:多路器、數(shù)據(jù)通路開(kāi)</p><p>  關(guān)、加法器、乘法器….</p><p>  時(shí)序邏輯:輸出不只是當(dāng)前輸入的邏輯電平的函數(shù),還與電路目前所處的狀態(tài)有關(guān)的</p><

111、p><b>  邏輯電路。</b></p><p>  時(shí)序邏輯: 由多個(gè)觸發(fā)器和多個(gè)組合邏輯塊組成的網(wǎng)絡(luò)。常用的有:計(jì)數(shù)器、復(fù)雜的</p><p>  數(shù)據(jù)流動(dòng)控制邏輯、運(yùn)算控制邏輯、指令分析和操作控制邏輯。同步時(shí)序邏輯是設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字邏輯系統(tǒng)的核心。時(shí)序邏輯借助于狀態(tài)寄存器記住它目前所處的狀態(tài)。在不同的狀態(tài)下,即使所有的輸入都相同,其輸出也不一定相同。<

112、;/p><p><b>  3.6 同步和異步</b></p><p>  1.在Verilog HDL 設(shè)計(jì)中一定要用同步而不能用異步時(shí)序邏輯</p><p>  同步時(shí)序邏輯是指表示狀態(tài)的寄存器組的值只可能在唯一確定的觸發(fā)條件發(fā)生時(shí)刻改變。只能由時(shí)鐘的正跳沿或負(fù)跳沿觸發(fā)的狀態(tài)機(jī)就是一例。always @(posedge clock) 就是一個(gè)同

113、步時(shí)序邏輯的觸發(fā)條件, 表示由該always 控制的begin end 塊中寄存器變量重新賦值的情形只有可能在clock 正跳沿發(fā)生。</p><p>  而異步時(shí)序邏輯是指觸發(fā)條件由多個(gè)控制因素組成,任何一個(gè)因素的跳變都可以引起觸發(fā)。記錄狀態(tài)的寄存器組其時(shí)鐘輸入端不是都連結(jié)在同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)上。例如用一個(gè)觸發(fā)器的輸出連結(jié)到另一個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端去觸發(fā)的就是異步時(shí)序邏輯。</p><p>  

114、用Verilog HDL 設(shè)計(jì)的可綜合模塊,必須避免使用異步時(shí)序邏輯,這不但是因?yàn)樵S多綜合器不支持異步時(shí)序邏輯的綜合,而且也因?yàn)橛卯惒綍r(shí)序邏輯確實(shí)很難來(lái)控制由組合邏輯和延遲所產(chǎn)生</p><p>  的冒險(xiǎn)和競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)電路的復(fù)雜度增加時(shí),異步時(shí)序邏輯無(wú)法調(diào)試。工藝的細(xì)微變化也會(huì)造成異</p><p>  步時(shí)序邏輯電路的失效。因?yàn)楫惒綍r(shí)序邏輯中觸發(fā)條件很隨意,任何時(shí)刻都有可能發(fā)生,所以<

115、;/p><p>  記錄狀態(tài)的寄存器組的輸出在任何時(shí)刻都有可能發(fā)生變化.</p><p><b>  2.同步置位與復(fù)位</b></p><p>  同步置位與復(fù)位是指只有在時(shí)鐘的有效跳變沿時(shí)刻置位或復(fù)位信號(hào)才能使觸發(fā)器置位或復(fù)位(即,使觸發(fā)器的輸出分別轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿?或0)。不要把set和reset信號(hào)名列入always塊的事件控制表達(dá)式,因?yàn)楫?dāng)它們

116、有變化時(shí)不應(yīng)觸發(fā)always塊的執(zhí)行。相反,always塊的執(zhí)行應(yīng)只由時(shí)鐘有效跳變沿觸發(fā),是否置位或復(fù)位應(yīng)在always塊中首先檢查set和reset信號(hào)的電平。</p><p><b>  事件控制語(yǔ)法:</b></p><p>  @(<沿關(guān)鍵詞 時(shí)鐘信號(hào)>)</p><p>  其中沿關(guān)鍵詞指 posedge(正沿觸發(fā))或 n

117、egedge(負(fù)沿觸發(fā))事件控制實(shí)例</p><p>  1) 正沿觸發(fā) @(posedge clk)</p><p>  2) 負(fù)沿觸發(fā) @(negedge clk)</p><p>  3) 同步的具有高電平有效的置位與復(fù)位端的always塊樣板</p><p>  always @(posedge clk)</p>&

118、lt;p><b>  begin</b></p><p><b>  if(reset)</b></p><p><b>  begin</b></p><p><b>  /*置輸出為0*/</b></p><p><b>  end&l

119、t;/b></p><p><b>  else</b></p><p><b>  if(set)</b></p><p><b>  begin</b></p><p><b>  /*置輸出為1*/</b></p><p&g

120、t;<b>  end</b></p><p><b>  else</b></p><p><b>  begin</b></p><p>  /*與時(shí)鐘同步的邏輯*/</p><p><b>  end</b></p><p>

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