07-verilog & sytem verilog

一.数据类型

二值逻辑变量

bit

• 不赋值的时候,变量初始默认为0
• x或z的值会转变为0
• bit vector--bit矢量

bit [msb,lsb] variable_name = [initial_value]

• 位宽:最高位为MSB,最低位为LSB
• 不加任何描述,默认为unsigned,无符号数;表示有符号数需要加signed进行描述
• 二值逻辑方便编译器的优化,效率更高,性能更好;但是不支持X和Z状态,不适用于RTL设计
  
  建立自己的仿真目录

1. sim -- 仿真目录,放Makefile文件
2. RTL -- 放RTL代码
3. TB -- 放testbench

• 使用tb文件进行仿真

module tb_test;

//定义变量
bit [3:0] a;
bit [4:0] b;

initial begin
  a = 4'b0;
  b = -10;
  $display("a = %b",a);
  $display("b = %b",b);   // 10110 就是-10的补码
end
endmodule

• begin end之间就是代码块
• $display()就类似于print()函数
• 使用Makefile进行测试
  
  Makefile文件

PLATFORM = LINUX64
FLIST := ../tb/tb_test.v
run:
  vcs -sverilog $(FLIST) -debug_all -P ${NOVAS_HOME}/share/PLI/VCS/LINUX64/novas.tab ${NOVAS_HOME}/share/PLI/VCS/LINUX64/pli.a -R -kdb -lca

wave:
  verdi -simflow -elab simv.daidir/kdb.elab++ -ssf sim.fsdb

clean:
  rm csrc novas_dump.log sim.fsdb simv simv.daidir ucli.key verdi_config_file novas.conf novas.rc verdiLog -rf

通过make run进行仿真

byte\shortint\int\longint

• byte 8bit
• shortint 16bit
• int 32bit
• longint 64bit

byte/shortint/int/longint variable_name = initial_value;

• 默认都是有符号数,十进制数
• 在前端设计中,这些数据类型是很少用到的

shortint temp = 256;
int sample,ref_data = -9876;
longint a,b;
longint unsigned testdata;

real & shortreal

• real 等于C语言中的double,64bit
• shortreal等于C语言中的float,32bit
• 有符号数
• 在验证覆盖率的时候会用到

real/shortreal variable_name = initial_value

real alpha = 100.0,coverage_result;
coverage_result = $get_coverage();
if(coverage_result = 100.0)...

四值逻辑变量

• 四值逻辑:0,1,x,z
• 如果不声明数值,变量的初始值为x;在进行设计的时候要避免x态传递

reg & logic

• 四值逻辑在verilog中使用reg

reg [MSB:LSB] variable_name = initial_value;

• 在SV中使用logic变量

logic [MSB.LSB] variable_name = initial_value;

• reg和logic如果不用signed修饰,默认都是无符号数
• logic继承了reg所有的特性,但是logic可以进行连续赋值,并且只有一个驱动;如果定义了一个reg变量,是不能用assign对其进行赋值的,但是logic变量可以用assign进行赋值
• SV中:logic相当于reg和只有一个驱动的wire

module tb_test;

  wire [3:0] b;
  assign b = din_c;
  assign b = din_d;  //多个变量和b连接,多驱动,前提是cd具有推拉结构,OC,OD门

  wire [3:0] e;
  assign e = din_c;  //单驱动
endmodule

integer & time

• integer,32bit有符号数
• time,64bit无符号数

integer a = -100,b;
time current_time;
b = -a;
current_time = $time;// $time内置函数,返回仿真时间
if(current_time>100ms).....

枚举类型

将所有的情况列举出来,在状态机中使用的比较多,比如FSM有限状态机

• 默认的数据类型是int
• 初始化值是0
• 可以使用枚举变量.name,显示枚举字符

enum [data_type] {named constants} enum_var1,enum_var2....;

module tb_test;
  enum bit[2:0] {IDLE=3'b001,TEST=3'b010,START=3'b100} st; //声明枚举类
  initial begin
    st = START;
    $display("st=%3b,name=%s",st,st.name); //st = 100,name=START
    $finish;
  end
endmodule

• 使用typedef定义枚举类,方便例化

typedef enum [data_type] {named constants} enumtype;

typedef enum bit[2:0] {IDLE=3'b001,TEST=3'b010,START=3'b100} state; //定义枚举类

state st;   //例化一个枚举
initial begin
    st = START;
    $display("st=%3b,name=%s",st,st.name); //st = 100,name=START
    $finish;
  end

• 不使用枚举类型还可以使用parameter

parameter variable_name = initial_value;

固定数组

type(数据类型 bit reg logic..) [位宽] array_name [size] = initial value;

• 超过边界的写操作将被忽略
• 超过边界的读操作:2值逻辑返回0,四值逻辑返回x
• 支持多维数组
• size--就是数组长度,index从0开始

integer number[5]; //定义一个长度为5的数组,不给初值

int b[2] = {3,7};

int c[2][3] = {{3,7,1},{5,1,9}};  //定义二维数组

byte d[7]][2] = {default:-1} ; 将所有元素的值都设置默认-1

bit [31:0] a[2][3] = c; //数组可以通过赋值的方式进行复制

for(int i = 0;i<$dimensions(a);)
  $display($size(a,i+1);) // 2,3,32

• $dimensions(数组)--返回数组的维数
• $size(数组,数组维数)--返回给定数组维数数组元素的个数

module tb_test;
  logic [3:0] arr[3]; //定义长度为3的一维数组,每个元素为三位二进制数
  logic [3:0] arr2[3][3]; //定义二维数组
  initial begin
    arr[0] = 4'd2;
  end
endmodule

二.操作符

语法规则

• verilog和system verilog一样,都是大小写敏感的
• 注释 // /**/
• 数制格式

<size>'<base><number>

• base-b表示2进制 ,d表示10进制,h表示16进制数
• size是将数值转化为二进制数的时候的二进制位宽

32'h_beef_cafe

操作符

• 一般在写除法的时候,是需要设计特定的算法进行计算的,硬件当中实现除法比较麻烦
• 自增和自减用在for循环中使用的比较多
• 逻辑运算&& || !
• 逻辑等于,不等于 == !==
• 逻辑与或非,在运算的时候需要参与运算的位数应该都是一位的
  
  左移和右移运算

module tb_test
  logic [3:0] a;

  initial begin
    a = 4'b0011;
    d = $signed(4'b0011);    //转化为有符号数
    b = a << 2;
    c = d >>> 2;
    $display("b = %4b",b);   //左移低位补零,1100
    $display("c = %4b",c);   //右移,逻辑运算右移>>,高位补0,算术右移>>>,高位补符号位 c = 1111
  end
endmodule

• 按位与或

module tb_test.v
  logic [3:0] a;
  logic [3:0] b;

  initial begin
    a = 4'b0011;
    b = 4'b0011 & 4b'1100;
    $display("b = %4b",b);
    $finish;
  end
endmodule

• 缩减运算符,单目运算符,第一位与下一位进行运算,最后输出一位
• 三目运算符

module tb_test.v
  logic [3:0] a;
  logic [3:0] b;
  logic       sel;
  logic [3:0] mux;
  initial begin
    mux = sel ? a : b;
    $finish;
  end
endmodule

• {a,b} -- 将ab两个数连接在一起,

a = 4b'1100;
b = 4b'0011;
c = {a,b}; // 1100_0011

• 逻辑比较运算符

• == != 遇到x和z,就会返回x

• === !=== 会将0 1 x z都进行匹配
  
  
  
  

• 通配比较符

匹配等==？和不匹配等!=？，按位比较，把x和z值当作匹配值，仅仅把右侧操作数中的z和x当作屏蔽信号

可以理解为,右边能够匹配上左边就返回真,xz可以取任意值0或1

a=4'b1111;
b=4'b11xz
a==?b//数字相等，只要x和z能通配到1就可以是匹配等，返回逻辑值为1'b1,真

A = 010z;
B = 0101;
A ==? B; //右边匹配不上左边   x
B ==? A; // z=1的时候,右边===左边 1

赋值语句

• -= += *= /= %=
• 在assign中使用复合赋值运算,会形成组合逻辑环comb loop

三.控制语句

自增和自减运算符

经常用在for循环中

for(int i = 0 ; i < 3; i++)begin
  .....
end

i = 1;
j = i++;  // j = 1
j = ++1;  // j = 2
j = i--;  // j = 1
j = --i;  // j = 0

在阻塞赋值总使用自增自减运算符,会造成竞争与冒险

module tb_test;
  integer i,j;

  initial begin
    i = 0;
    j = 0
    while(i++<5) begin   //先判断再加一,当i=5时,判断不满足,还要再加1,最后i = 6
    end
    while(++j<5) begin   // 先加1,再判断,j=5
    end
  end
endmodule

自定义类型

使用typedef为一个数据类型创建符号

typedef logic [31:0] vec;
vec a;  // 创建32位a变量
vec b;  // 创建32位b变量

在一些变量定义比较长的时候进行使用

数据类型转换

type'(value或variable)

logic signed [31:0] a;
logic [31:0] b;
logic [63:0] c;
assign c = a*b; //error,有符号数*无符号数出错,需要进行数据类型转换
assgin c = unsigned(a)*b;

bit [7:0] playload[]; //不给数组长度就是定义了一个动态数组
int temp = $random; // 生成一个随机数
playload = new [(temp%3)+2];  //实例化数组并指定长度
playload = new [(uint'(temp)%3)+2];
playload = new [(unsigned'(temp)%3)+2];

顺序控制

1.for循环

sv中循环遍历可以在for语句中定义,verilog中只能定义在外部

for循环中声明的i和外部声明的i是不相同的,互不影响

for(int i;i<3;i++) begin
end

1. while

while() begin
end

1. continue/break/return

• return 结束函数和task;用于循环,停止循环
• continue 用于循环语句,结束本次循环,执行下次循环
• break 用于循环语句,跳出循环

1. do ... while

• while循环的时候,不一定会执行
• do..while至少会执行一次

do begin
  ...
end while(条件)

5.case

先计算表达式值,将case中的值与表达式的值进行匹配,匹配成功执行语句

• 匹配是从上到下匹配的

case(expr)
 value1: xxxxxx
 value2: xxxxxx
 ...
 default  xxxx
endcase

6.casez或casex

• casez 不关心z
• 忽略对应位上的z

sel = 4'b1100;
casez(sel)
  4b'1101:data = 4'b01;
  4b'zz00:data = 4'b00;   //casez会匹配zz00  casez就不关心value中的z位置对应的值
  default data = 4'b0011;
endcase

• casex忽略对应位置出现的x和z

1. @ & wait

• @ 等待时间发生才执行后面的程序,可以是信号变量,上升沿,下降沿,事件变量

always@(posedge Clk) begin
  ...
end

• wait(expr) begin...end 是不可综合的
• 延迟信息 #5 5个时间单位,单位体现在timescale = 1np/100ps