通過(guò)模塊之間的調(diào)用實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì)

練習(xí)十. 通過(guò)模塊之間的調(diào)用實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì)目的：學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)的嵌套使用實(shí)現(xiàn)層次化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。
現(xiàn)代硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程與軟件系統(tǒng)的開發(fā)相似，設(shè)計(jì)一個(gè)大規(guī)模的集成電路的往往由模塊多層次的引用和組合構(gòu)成。層次化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)過(guò)程，能使復(fù)雜的系統(tǒng)容易控制和調(diào)試。 在Verilog HDL中，上層模塊引用下層模塊與C語(yǔ)言中程序調(diào)用有些類似，被引用的子模塊在綜合時(shí)作為其父模塊的一部分被綜合，形成相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行模塊實(shí)例引用時(shí)，必須注意的是模塊之間對(duì)應(yīng)的端口，即子模塊的端口與父模塊的內(nèi)部信號(hào)必須明確無(wú)誤地一一對(duì)應(yīng)，否則容易產(chǎn)生意想不到的后果。
下面給出的例子是設(shè)計(jì)中遇到的一個(gè)實(shí)例，其功能是將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)送交外部電路編碼，并將解碼后得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)交由CPU處理。顯而易見，這實(shí)際上是兩個(gè)獨(dú)立的邏輯功能，分別設(shè)計(jì)為獨(dú)立的模塊，然后再合并為一個(gè)模塊顯得目的明確、層次清晰。
// ---------------- p_to_s.v ---------------------------------
module p_to_s(D_in,T0,data,SEND,ESC,ADD_100);
output D_in,T0; // D_in是串行輸出，T0是移位時(shí)鐘并給
// CPU中斷，以確定何時(shí)給出下個(gè)數(shù)據(jù)。
input [7:0] data; //并行輸入的數(shù)據(jù)。
input SEND,ESC,ADD_100; //SEND、ESC共同決定是否進(jìn)行并到串
//的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。ADD_100決定何時(shí)置數(shù)。
wire D_in,T0;
reg [7:0] DATA_Q,DATA_Q_buf;

assign T0 = ! (SEND ESC); //形成移位時(shí)鐘。.
assign D_in = DATA_Q[7]; //給出串行數(shù)據(jù)。

always @(posedge T0 or negedge ADD_100) //ADD_100下沿置數(shù)，T0上沿移位。
begin
if(!ADD_100)
DATA_Q = data;
else
begin
DATA_Q_buf = DATA_Q1; //DATA_Q_buf作為中介，以令綜合器
DATA_Q = DATA_Q_buf; //能辨明。
end
end
endmodule
在p_to_s.v中，由于移位運(yùn)算雖然可綜合，但是不是簡(jiǎn)單的RTL級(jí)描述，直接用DATA_Q=DATA_Q1的寫法在綜合時(shí)會(huì)令綜合器產(chǎn)生誤解。另外，在該設(shè)計(jì)中，由于時(shí)鐘T0的頻率較低，所以沒(méi)有象以往那樣采用低電平置數(shù)，而是采用ADD_100的下降沿置數(shù)。
//--------------------- s_to_p.v ---------------------------
module s_to_p(T1, data, D_out,DSC,TAKE,ADD_101);
output T1; //給CPU中斷，以確定CPU何時(shí)取轉(zhuǎn)化
//得到的并行數(shù)據(jù)。
output [7:0] data;
input D_out, DSC, TAKE, ADD_101; //D_out提供輸入串行數(shù)據(jù)。DSC、TAKE
//共同決定何時(shí)取數(shù)。
wire [7:0] data;
wire T1,clk2;
reg [7:0] data_latch, data_latch_buf;

assign clk2 = DSC TAKE ; //提供移位時(shí)鐘。
assign T1 = !clk2;

assign data = (!ADD_101) ? data_latch : 8bz;
always@(posedge clk2)
begin
data_latch_buf = data_latch 1; //data_latch_buf作緩沖
data_latch = data_latch_buf; //，以令綜合器能辯明。
data_latch[0] = D_out;
end
endmodule
將上面的兩個(gè)模塊合并起來(lái)的sys.v的源代碼：
//------------------- sys.v ---------------------------
`include ./p_to_s.v
`include ./s_to_p.v
module sys(D_in,T0,T1, data, D_out,SEND,ESC,DSC,TAKE,ADD_100,ADD_101);
input D_out,SEND,ESC,DSC,TAKE,ADD_100,ADD_101;
inout [7:0] data;
output D_in,T0,T1;

p_to_s p_to_s(.D_in(D_in),.T0(T0),.data(data),
.SEND(SEND),.ESC(ESC),.ADD_100(ADD_100));
s_to_p s_to_p(.T1(T1),.data(data),.D_out(D_out),
.DSC(DSC),.TAKE(TAKE),.ADD_101(ADD_101));

endmodule
測(cè)試模塊源代碼：
//-------------Top test file for sys.v ------------------
`TImescale 1ns/100ps
`include ./sys.v
module Top;
reg D_out,SEND,ESC,DSC,TAKE,ADD_100,ADD_101;
reg[7:0] data_buf;
wire [7:0] data;
wire clk2;
assign data = (ADD_101) ? data_buf : 8bz;
//data在sys中是inout型變量，ADD_101
//控制data是作為輸入還是進(jìn)行輸出。
assign clk2 =DSC TAKE;
iniTIal
begin
SEND = 0;
ESC = 0;
DSC = 1;
TAKE = 1;
ADD_100 = 1;
ADD_101 = 1;
end
iniTIal
begin
data_buf = 8b10000001;
#90 ADD_100 = 0;
#100 ADD_100 = 1;
end
always
begin
#50;
SEND = ~SEND;
ESC = ~ESC;
end
iniTIal
begin
#1500 ;
SEND = 0;
ESC = 0;
DSC = 1;
TAKE = 1;
ADD_100 = 1;
ADD_101 = 1;
D_out = 0;
#1150 ADD_101 = 0;
#100 ADD_101 =1;
#100 $stop;
end
always
begin
#50 ;
DSC = ~DSC;
TAKE = ~TAKE;
end
always @(negedge clk2) D_out = ~D_out;
sys sys(.D_in(D_in),.T0(T0),.T1(T1),.data(data),.D_out(D_out),
.ADD_101(ADD_101), .SEND(SEND),.ESC(ESC),.DSC(DSC),
.TAKE(TAKE),.ADD_100(ADD_100));
endmodule
仿真波形：[[wysiwyg_imageupload:255:]]
練習(xí)：設(shè)計(jì)一個(gè)序列發(fā)生器。要求根據(jù)輸入的8位并行數(shù)據(jù)輸出串行數(shù)據(jù),如果輸入數(shù)據(jù)在0—127之間則輸出一位0，如果輸入數(shù)據(jù)在128—255之間則輸出一位1，同步時(shí)鐘觸發(fā)；并且和范例8的序列檢測(cè)器搭接，形成一個(gè)封閉系統(tǒng)。編寫測(cè)試模塊，并給出仿真波形。