第九章 硬件描述语言简介

第九章*

硬件描述语言简介

一、内容提要

本章简要介绍硬件描述语言。首先简单介绍了硬件描述语言的基本概念和发展与应用概况，然后介绍了有关VerilogHDL的基本知识，最后给出了几个用VerilogHDL描述逻辑电路的实例。二、本章内容9.1概述9.2VerilogHDL简介9.3用VerilogHDL描述逻辑电路的实例1、重点掌握的知识点2、一般掌握的知识点三、知识点（1）VerilogHDL的基本程序结构；（2）VerilogHDL的语法标识符；（3）VerilogHDL描述逻辑电路的方法。（1）VerilogHDL模块的两种描述方式；（2）VerilogHDL的发展。9.1概述

随着半导体技术的发展，数字电路已经由中小规模的集成电路向可编程逻辑器件（PLD)及专用集成电路（ASIC）转变。

数字电路的设计手段也发生了变化，由传统的手工方式逐渐转变为以EDA工具作为设计平台的方式。

硬件描述语言（HDL）是一种用形式化方法来描述数字电路和数字逻辑系统的语言，是设计人员和EDA工具之间的一种界面。设计人员利用这种语言来描述自己的设计思想，然后利用EDA工具进行仿真、综合，然后用ASIC或FPGA实现其功能。

硬件描述语言主要用于编写设计文件，在EDA工具中建立电路模型。硬件描述语言发展至今已有30年的历史，已经成功地应用于电子电路设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。

VHDL和VerilogHDL是目前两种最常用的硬件描述语言。除了这两种最流行的硬件描述语言外，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越趋向于与系统设计和软件设计相结合。9.2VerilogHDL简介1983年GatewayDesignAutomation公司在C语言的基础上，为其仿真器产品Verilog-XL开发了一种专用硬件描述语言——VerilogHDL。随着Verilog-XL成功和广泛的使用，VerilogHDL被众多数字电路设计者所接受。VerilogHDL从C语言中继承了多种操作符和结构，源文本文件由空白符号分割的词法符号流组成。词法符号的类型有空白符、注释、操作符、数字、字符串、标识符和关键字等，从形式上看和C语言有许多相似之处。一、基本程序结构

VerilogHDL语言采用模块化的结构，以模块集合的形式来描述数字电路系统。模块对应硬件上的逻辑实体，描述这个实体的功能或结构，以及它与其他模块的接口。模块在概念上可以等同于一个通用器件（与门、或门）或通用宏单元（计数器、CPU）等，因此一个模块可以被另外一个模块调用。一个电路设计可由多个模块组成，一个模块设计只是一个系统设计中的某个层次设计，模块设计可以采用多种建模方式。模块的基本语法结构如下：module<模块名>(<端口列表>)<定义><模块条目>endmodule

根据<定义><模块条目>的描述方法不同，可将模块分成行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。

行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能。

结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子模块，其最底层的元件必须是VeriolgHDL支持的基元或已定义过的模块。二、词法构成VerilogHDL的词法标识符包括：间隔符与注释符，操作符、数值常量、字符串、标识符和关键字。1、间隔符与注释符间隔符又称空白符，包括空格符、制表符、换行符以及换页符等。它们的作用是分隔其他词法标识符。VerilogHDL有单行注释和多行段注释两种注释形式。

//单行注释/**/段注释在段注释中不允许嵌套，段注释中“//”没有任何特殊意义。2、操作符VerilogHDL中定义了操作符，又称运算符，按照操作数的个数，可以分为一元、二元和三元操作符；按功能可以大致分为算术操作符、逻辑操作符、比较操作符等几大类。3、数值常量VerilogHDL中的