FPGA基础之基础语法

一、基本模块结构

Verilog 代码以 模块（Module） 为单位，每个模块对应一个硬件功能单元（如逻辑门、寄存器等）。
基本格式：

module 模块名 (
    // 输入输出端口声明
    input  端口1,
    input  端口2,
    output 端口3
);
    // 内部信号或变量声明
    wire  信号1;
    reg   信号2;

    // 逻辑描述（组合逻辑或时序逻辑）
    assign 信号1 = 端口1 & 端口2; // 组合逻辑
    always @(posedge clk) begin   // 时序逻辑
        信号2 <= 端口1;
    end

endmodule

二、端口声明

• 输入端口：input
• 输出端口：output
• 双向端口：inout
  示例：

module example (
    input  a,      // 单比特输入
    input  [7:0] b, // 8位宽输入
    output c       // 单比特输出
);

三、数据类型

1. 线网类型（Net）：表示电路中的物理连接（如导线），常用 wire。

   wire data;     // 单比特线网
   wire [3:0] bus; // 4位宽总线
   

2. 寄存器类型（Register）：表示存储单元，常用 reg。

   reg counter;      // 单比特寄存器
   reg [31:0] data;  // 32位宽寄存器
   

3. 其他类型：

   • integer：整数类型（仿真用）。
   • parameter：常量参数（类似宏定义）。
   • real：浮点数（仿真用）。

四、基本语法

1. 赋值语句

• 连续赋值（组合逻辑）：用 assign 关键字。

  assign out = a & b; // 与门逻辑
  

• 过程赋值（时序逻辑）：在 always 块中使用。

  always @(posedge clk) begin
      q <= d; // D触发器，非阻塞赋值
  end
  

2. 条件语句

• if-else：

  always @(*) begin
      if (sel == 1'b0)
          out = a;
      else
          out = b;
  end
  

• case：

  always @(*) begin
      case (sel)
          2'b00: out = a;
          2'b01: out = b;
          default: out = 0;
      endcase
  end
  

3. 循环语句

• for 循环：

  integer i;
  always @(*) begin
      for (i=0; i<4; i=i+1)
          out[i] = a[i] & b[i];
  end
  

• while 和 repeat（较少用，多用于仿真）。

五、命名规则

1. 合法字符：字母、数字、下划线 _，区分大小写。
2. 首字符：必须是字母或下划线（不能是数字）。
3. 保留字：不可使用 Verilog 关键字（如 module, input, always）。
4. 命名建议：
   • 使用有意义的名字（如 clk, reset, data_in）。
   • 总线命名：data[7:0] 表示 8 位数据。
   • 避免混淆：如 l（小写 L）和 1（数字 1）。

示例：

reg [3:0] counter;  // 合法
wire _enable;       // 合法
reg 4bit_data;      // 非法（首字符是数字）

六、注释

• 单行注释：//
• 多行注释：/* ... */

// 这是单行注释
/*
这是
多行注释
*/

七、示例代码

1. 与门模块

module and_gate (
    input  a,
    input  b,
    output c
);
    assign c = a & b;
endmodule

2. D 触发器

module d_flipflop (
    input  clk,
    input  reset,
    input  d,
    output reg q
);
    always @(posedge clk or posedge reset) begin
        if (reset)
            q <= 1'b0; // 复位时清零
        else
            q <= d;    // 时钟上升沿采样
    end
endmodule

八、测试模块（Testbench）

用于验证设计功能的仿真代码：

module testbench;
    reg  a, b;
    wire c;

    // 实例化被测试模块
    and_gate u1 (.a(a), .b(b), .c(c));

    initial begin
        a = 0; b = 0;
        #10 a = 1;
        #10 b = 1;
        #10 $finish;
    end
endmodule

九、注意事项

1. 阻塞赋值（=） vs 非阻塞赋值（<=）：
   • 组合逻辑用阻塞赋值（=）。
   • 时序逻辑用非阻塞赋值（<=）。
2. 敏感列表：always @(*) 用于组合逻辑，always @(posedge clk) 用于时序逻辑。
3. 避免锁存器：组合逻辑中需覆盖所有条件分支（如 if-else 必须有 else）。