Verilog HDL基礎(chǔ)教程之：數(shù)據(jù)類型和運算符

常用數(shù)據(jù)類型

Verilog HDL中總共有19種數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型是用來表示數(shù)字電路硬件中的數(shù)據(jù)儲存和傳送元素的。在本書中，我們先只介紹4個最基本的數(shù)據(jù)類型，它們分別是：reg型，wire型，integer型和parameter型。

其他數(shù)據(jù)類型在后面的章節(jié)里逐步介紹，讀者也可以查閱附錄中Verilog HDL語法參考書的有關(guān)章節(jié)逐步掌握。其他的類型如下：large型、medium型、scalared型、time型、small型、tri型、trio型、tri1型、triand型、trior型、trireg型、vectored型、wand型和wor型。

這些數(shù)據(jù)類型除time型外都與基本邏輯單元建庫有關(guān)，與系統(tǒng)設(shè)計沒有很大的關(guān)系。在一般電路設(shè)計自動化的環(huán)境下，仿真用的基本部件庫是由半導(dǎo)體廠家和EDA工具廠家共同提供的。系統(tǒng)設(shè)計工程師不必過多地關(guān)心門級和開關(guān)級的Verilog HDL語法現(xiàn)象。Verilog HDL語言中也有常量和變量之分，它們分別屬于以上這些類型。下面對最常用的幾種進行介紹。

常量

常量是在程序運行過程中其值不能被改變的量。下面首先對在Verilog HDL語言中使用的數(shù)字及其表示方式進行介紹。

1.數(shù)字

(1)整數(shù)。

在Verilog HDL中，整型常量有以下4種進制表示形式。

① 二進制整數(shù)(b或B)。

② 十進制整數(shù)(d或D)。

③ 十六進制整數(shù)(h或H)。

④ 八進制整數(shù)(o或O)。

數(shù)字表達方式有以下3種。

① 位寬>進制>數(shù)字>，這是一種全面的描述方式。

② 進制>數(shù)字>，在這種描述方式中，數(shù)字的位寬采用缺省位寬(這由具體的機器系統(tǒng)決定，但至少32位)。

③ 數(shù)字>，在這種描述方式中，采用缺省進制十進制。

在表達式中，位寬指明了數(shù)字的精確位數(shù)。例如：一個4位二進制數(shù)數(shù)字的位寬為4，一個4位十六進制數(shù)數(shù)字的位寬為16(因為每單個十六進制數(shù)要用4位二進制數(shù)來表示)，如下例所示：

8'b10101100 //位寬為8的數(shù)的二進制表示，'b表示二進制

8'ha2 //位寬為8的數(shù)的十六進制，'h表示十六進制。

(2)x和z值。

在數(shù)字電路中，x代表不定值，z代表高阻值。一個x可以用來定義十六/八/二進制數(shù)的四/三/一位二進制數(shù)的狀態(tài)。z的表示方式同x類似。z還有一種表達方式是可以寫作?。在使用case表達式時建議使用這種寫法，以提高程序的可讀性，如下例所示：

4'b10x0 //位寬為4的二進制數(shù)從低位數(shù)起第二位為不定值

4'b101z //位寬為4的二進制數(shù)從低位數(shù)起第一位為高阻值

12'dz //位寬為12的十進制數(shù)其值為高阻值(第一種表達方式)

12'd? //位寬為12的十進制數(shù)其值為高阻值(第二種表達方式)

8'h4x //位寬為8的十六進制數(shù)其低四位值為不定值

(3)負數(shù)。

一個數(shù)字可以被定義為負數(shù)，只需在位寬表達式前加一個減號，并且減號必須寫在數(shù)字定義表達式的最前面。注意減號不可以放在位寬和進制之間，也不可以放在進制和具體的數(shù)之間，如下例所示：

-8'd5 //這個表達式代表5的補數(shù)(用8位二進制數(shù)表示)

8'd-5 //非法格式

(4)下劃線(underscore_)。

下劃線可以用來分隔數(shù)字的表達以提高程序可讀性。但不可以用在位寬和進制處，只能用在具體的數(shù)字之間，例如：

16'b1010_1011_1111_1010 //合法格式

8'b_0011_1010 //非法格式

當常量不聲明位數(shù)時，默認值是32位，每個字母用8位的ASCII值表示，例如：

10=32'd10=32'b1010 //十進制和二進制

1=32'd1=32'b1 //十進制和二進制

-1=-32'd1=32'hFFFFFFFF //十進制和十六進制

'BX=32'BX=32'BXXXXXXX…X //默認聲明為32位

AB=16'B01000001_01000010 //每個字母用8位表示

2.參數(shù)(Parameter)

在Verilog HDL中用parameter來定義常量，即用parameter來定義一個標識符代表一個常量，稱為符號常量，即標識符形式的常量。采用標識符代表一個常量可提高程序的可讀性和可維護性。parameter型數(shù)據(jù)是一種常數(shù)型的數(shù)據(jù)，其說明格式如下：

Parameter 參數(shù)名1=表達式，參數(shù)名2=表達式, …, 參數(shù)名n=表達式;

parameter是參數(shù)型數(shù)據(jù)的確認符，確認符后跟著一個用逗號分隔開的賦值語句表。在每一個賦值語句的右邊必須是一個常數(shù)表達式。也就是說，該表達式只能包含數(shù)字或先前已定義過的參數(shù)，例如：

parameter msb=7; //定義參數(shù)msb為常量7

parameter e=25, f=29; //定義兩個常數(shù)參數(shù)

parameter r=5.7; //聲明r為一個實型參數(shù)

parameter byte_size=8, byte_msb=byte_size-1; //用常數(shù)表達式賦值

parameter average_delay = (r+f)/2; //用常數(shù)表達式賦值

參數(shù)型常數(shù)經(jīng)常用于定義延遲時間和變量寬度。在模塊或?qū)嵗脮r可通過參數(shù)傳遞改變在被引用模塊或?qū)嵗幸讯x的參數(shù)。下面將通過一個例子進一步說明在層次調(diào)用的電路中改變參數(shù)常用的一些用法。

module Decode(A,F); //模塊聲明

parameter Width=1, Polarity=1; //參數(shù)聲明

……………

endmodule

module Top;

wire[3:0] A4; //連線資源聲明

wire[4:0] A5;

wire[15:0] F16;

wire[31:0] F32;

Decode #(4,0) D1(A4,F16); //模塊引用，并傳遞參數(shù)(4,0)

Decode #(5) D2(A5,F32); //模塊引用，并傳遞參數(shù)(5)

endmodule

在引用Decode實例時，D1和D2的Width將采用不同的值，分別為4和5，且D1的Polarity將為0。可用例子中所用的方法來改變參數(shù)，即用“#(4，0)”向D1中傳遞“Width=4，Polarity=0”，用“#(5)”向D2中傳遞“Width=5，Polarit=1”。

變量

變量是在程序運行過程中，其值可以改變的量。在Verilog HDL中變量類型有很多種，這里只對常用的幾種變量進行介紹。

1.網(wǎng)絡(luò)類型變量

網(wǎng)絡(luò)類型表示結(jié)構(gòu)實體(例如門)之間的物理連接。網(wǎng)絡(luò)類型的變量不能儲存值，而且它必需受到驅(qū)動器(例如門或連續(xù)賦值語句，assign)的驅(qū)動。如果沒有驅(qū)動器連接到網(wǎng)絡(luò)類型的變量上，則該變量就是高阻的，即其值為z。

常用的網(wǎng)絡(luò)類型變量包括wire型和tri型。這兩種變量都是用于連接器件單元，它們具有相同的語法格式和功能。之所以提供這兩種名字來表達相同的概念是為了與模型中所使用的變量的實際情況相一致。

wire型變量通常是用來表示單個門驅(qū)動或連續(xù)賦值語句驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)，tri型變量則用來表示多驅(qū)動器驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)。如果wire型或tri型變量沒有定義邏輯強度(logic strength)，在多驅(qū)動源的情況下，邏輯值會發(fā)生沖突，從而產(chǎn)生不確定值。

表1所示為在同等驅(qū)動強度下，兩個驅(qū)動源驅(qū)動的wire型和tri型變量的真值表。

表1 wire/tri型變量真值表

wire型變量常用來表示用于以assign關(guān)鍵字指定的組合邏輯信號。Verilog程序模塊中輸入/輸出信號類型缺省時自動定義為wire型。wire型變量可以用作任何方程式的輸入，也可以用作“assign”語句或?qū)嵗妮敵?。wire型變量的聲明格式如下：

wire [n-1:0] 變量名1,變量名2,…,變量名i; //共有i條總線，每條總線內(nèi)有n條線路

也可以如下表示：

wire [n:1] 變量名1,變量名2,…,變量名i; //共有i條總線，每條總線內(nèi)有n條線路

其中，wire是wire型變量的確認符，[n-1:0]和[n:1]代表該變量的位寬，即該變量有幾位，最后跟著的是變量的名字。如果一次定義多個變量，變量名之間用逗號隔開。聲明語句的最后要用分號表示語句結(jié)束。如下所示：

wire a; //定義了一個一位的wire型變量

wire [7:0] b; //定義了一個八位的wire型變量

wire [4:1] c, d; //定義了兩個四位的wire型變量