第二章——HDL语言学习笔记

Verilog HDL 的基本功能之一是描述可综合的硬件电路。

HDL语言的三大特点：互连（Connectivity）:wire型变量描述各个模块之间的端口与网线的连接关系。

并发（concurrency）：可以有效地描述并行的硬件系统，除了initial语句块内的语句是顺序执行的，其余的语句都可以认为并发执行的。

时间（time）：定义了绝对和相对的时间度量，如有延时的阻塞赋值和非阻塞赋值。

只有四个关键字可综合：always、if-else、case、assign。除此之外的其他关键字可以用于写testbench。

可综合语法与硬件的映射关系：

1、 if-else通常会被逻辑综合为多路选择器，使用if…else if…else if…可以建立无优先级的判断语句，而使用if…if…if…会建立有优先级的语句，对于到达时间不同的信号可以使用有优先级的语句。

2、 case是无优先级的判断语句，与单if语句相比，case的条件互斥，多用于译码电路。在verilog语言中，case和if语句需要放在always语句块中，不可以单独使用。

3、 assign为连续赋值语句，实际上是连续驱动的过程，不管等式右边各变量的值如何变化，该驱动过程是一直存在的。

4、 always语句既可以综合为组合逻辑，也可以综合为时序逻辑，具体要看括号内的敏感信号列表。所有的组合逻辑或锁存的 always 结构必须有敏感信号列表。这个敏感信号列表必须包含所有的输入信号。 综合过程将产生一个取决于除敏感列表中所有其它值的结构，它将可能在行为仿真和门级仿真见产生潜在的失配。

注意事项：

1、 （latch）在使用if或者case语句时，注意要将敏感信号所有的可能都列出来，否则会产生latch，除非特殊用途，一般电路里不要引入latch。解决方法有，使用完备的if..else语句，case语句要加上default操作，仔细检查综合器生成的报告，latch会以warning的形式报告出来。

2、 （load）在电路设计的过程中， 如果发现某个电路的负载比较多，则可以通过逻辑复制，降低关键信号的扇出，进而降低该信号的传播延迟，提高电路性能。

3、 （area）如果我们发现电路中存在较多的公共单元，也可以通过资源共享的方式，减小面积。但是，一般来说，共享会导致性能下降，所以还要根据性能和面积进行取舍。

4、 （time）在设计电路的时候，我们也可以根据数据的延迟，对这些资源进行顺序重排，降低传播延迟。例如A 信号到来比较晚，我们就可以把它尽可能放到后面，隐藏其延迟。

5、 最后一个小建议。在代码书写过程中，尽可能使用 always 描述电路， assign 仅仅用来连线。少用:?这种形式，因为这种形式通常难以阅读，且多层嵌套后很难被综合器解释。

6、 在时序电路中必须使用非阻塞赋值(<=)，组合逻辑电路必须使用阻塞赋值(=)，这个一定要注意，严格按这个要求写。分开异步逻辑与同步逻辑。 避免综合和静态时序时碰到问题，简化约束和编码难度。

7、 分开控制逻辑和存储器， 建议控制逻辑和存储器逻辑分成独立的模块。通常来说，存储器是用 memory compiler 生成的，其综合方式与 RTL 代码不同，所以混在一起，不利用综合，不利于很方便地更换工艺库和平台。

参考书籍：

参考课程：

西南交通大学邸志雄老师MOOC

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