《FPGA全程进阶---实战演练》第八章之程序架构格式说明

首先在书写程序时必须有的部分，就是模块module部分，整体的架构如图8.1所示。

图8.1 程序整体架构

首先要声明模块名，在module后面加上模块名，这里最好以所建立模块要实现的功能去命名此模块，因为这样在查阅时方便去寻找此模块的功能，一目了然。紧接着在方框内要列出所有的输入和输出信号，都要在方框中写出。作为一个整体的模块，凡事出现module的部分一定要加上endmodule才算完整，这是一个完整的模块。

在输入信号中，有两个信号是一定要加上去的，就是时钟信号和复位信号，要做到对整体设计可控，全局时钟信号和复位信号必须加上。在声明括号对输入和输出信号列写完毕之后，还要在module内部再次声明到底哪个是输入信号，哪个是输出信号，这就有了124行到128行的声明。在always语句中用到的一些变量需要定义为reg类型，也就是寄存器类型，方可在always中使用，wire类型不可以在always语句中使用。

我们在看别人写的代码时常常看到类似于130行到153行所示的结构，这是怎么回事？这是要做什么？这就要利用我们数电知识里面的组合逻辑和时序逻辑的比较了，在要求对变量存储的场合，需要时序逻辑，组合逻辑只能输出数据，但是不能存储。当然还有组合逻辑是电平触发，而时序逻辑是时钟沿触发。所以130行到153行构建了一个庞大的锁存器，构成时序逻辑电路。对于130行小括号内部的属于敏感型变量，即发生变化时，会带动整个always 语句进行更新变化。其中rst_n（这个是复位信号，可以按自己的习惯去定义。）也定义为边沿敏感型变量，但是在always语句中的内部又出现了rst_n，这是为什么呢？一个信号如果是时钟信号，那么必定不会出现在always语句中，可见rst_n不是时钟信号。那么综合器会不会认为rst_n是一个时钟信号呢?

对于边沿触发型时序模块的verilog设计，有以下规律可循：

（1）若敏感型变量定义为时钟信号，不要在always语句中再出现。

（2）若某信号定义为相对于时钟的电平敏感的异步控制信号，除了在敏感型变量表中列出，还要在always语句中指出其逻辑行为。

（3）若某信号是相对于时钟的同步控制信号，不能出现在敏感型变量表中。

由上面的程序结构，为rst_n指定了if语句，会导致所有未能进入敏感信号的变量都必须是相对于时钟同步的。可见这是独立于主时钟的时序或组合逻辑，属于第二种情况。

（4）敏感型变量表中不允许出现混合信号。

always@（posedge clk or rstn） 或 always@（posedge clk or  negedge rstn or a）

上述结构都是不允许的，在综合时会出现 双边沿敏感信号的错误。

（5）不允许在敏感型列表中出现除时钟和异步控制信号之外的其他信号，一般的逻辑控制信号不允许出现在敏感型列表中，always@（posedge clk or negedge a）

其中a的作用同rstn，但是a不能用于其他逻辑行为 。如q = a & b；

可见verilog 描述敏感型时序电路较多的依赖于语法的规定和表述的规则

If语句中对异步控制信号rst_n进行判断，然后对数据进行初始化，初始化完成之后在执行其他条件，else if......else，其中的begin....end是针对于条件语句中有多步执行程序时，构建成一个整体，隶属于else if语句或者else语句。

155行到157行对于用户所使用的输出信号进行赋值。以上是针对单个module的建立，若是只是建立单个module，在建立工程时必须将module的名字和工程名字一致，如图8.2所示，否则会出错。对于多个模块构建，需要建议一个顶层模块，然后将各个子模块进行连接，这时用到了wire变量，如图8.3所示，注意wire类型的LED信号，起到连接各个模块的作用。图8.4是多个模块的RTL视图部分，可以看到wire的作用。

图8.2 单个模块命名

图8.3 多个模块命名

图8.4 RTL视图

TESTBENCH格式说明

当逻辑部分创作完成后，需要对逻辑程序进行行为仿真，那么就需要写仿真程序。

`timescale 1 ns/ 1 ns

module led_source_tst();

//----------------------------------------------

//-----------description of input signal--------

reg clk;

reg rst_n;

//clk 和rst_n是全局的时钟和复位信号

//----------------------------------------------

//-----------description of output signal--------

wire [3:0]  led_out;

Wire .....

Wire .....

//在modelsim仿真时，.v文件中的input在modelsim中用reg类型，如clk是input，

//上面modelsim是用reg，.v文件中的输出，即output，在modelsim中是wire，这一点要牢记

//----------------------------------------------

//-----------description of each module-------------------------

led_source

#(.LED_WIDTH(4))

i1 (

// port map - connection between master ports and signals/registers

.clk(clk),

//.cnt1(cnt1),

//.flag_cnt1(flag_cnt1),

.led_out(led_out),

//.led_out_cnt1(led_out_cnt1),

.rst_n(rst_n)

);

//这一部分是对建立的.v文件中的模块声明部分，led_source就是.v文件中的模块名字

//------------------------------

//generate clock

localparam PERIOD = 20;               //50MHz

initial

begin

clk = 0 ;

forever #(PERIOD / 2) clk = ~clk;

end

//上面这一段是针对clk信号做的模拟仿真；

//------------------------------

//task reset

task task_reset;

begin

rst_n = 0 ;

repeat(2) @(negedge clk);

rst_n = 1 ;

end

endtask

//上面一部分是针对复位信号，也就是rst_n。

//一开始也是赋初值rst_n = 0 ;然后利用repeat重复执行命令；

initial

begin

$monitor($time,"led_value = %04b\n", led_out); //just test the changing of led_out  //value

task_reset;

end

//上面这一部分就是对上面的task模块进行调用和对输入信号进行仿真，当然这一部分并没有用到用   //户输入信号。

endmodule

图8.5是对于按键的仿真程序，将输入也定义为一个task，然后在101行到105行进行任务的调用，清楚明了。

图8.5 输入信号的调用