Verilog读书笔记---数据类型、系统任务、`define、parameter、localparam三者的区别

本文目的

主要梳理之前学习Verilog的疏漏内容，系统了解Verilog语法。

Verilog的数据类型：

Verilog有两组主要的数据类型：网络数据类型(Net Data Type)和寄存器数据类型(Register Data Type)。其他的数据类型有：事件(Event)、参数(Parameter)和范围(Specparam)以及其他数据类型。

Verilog还是用强度值来解决数字电路中不同强度的驱动源之间的赋值冲突

如果两个具有不同强度的信号驱动同一个线网，则竞争结果值为高强度信号的值。

如果两个强度相同的信号之间发生竞争，则结果为不确定值。

整数、实数和时间寄存器类型

整数

是一种通用的寄存器数据类型，用于对数量进行操作，使用integer进行声明。

integer counter;       //一般用途的变量用作计数器

initial

     counter = -1;    //把-1存储到寄存器中

实数：

实常量和实数寄存器数据类型使用关键字real来声明，可以用十进制或科学计数法
来表示。实数声明不能带有范围，其默认值为0.如果将一个实数赋予一个整数，
那么实数将会被取为最接近的整数。

real delta;         //定义一个名为delta的实型变量

时间寄存器

仿真是按照仿真时间进行的，verilog使用一个特殊的时间寄存器数据类型来保存仿真时间。
时间变量通过使用关键字time来声明，其宽度与具体实现无关，最小为64位。通过调用系统
函数$time可以取得当前的仿真时间。

数组

Verilog中允许声明reg、integer、time、real、realtime及其向量类型的数组，对数组的维数没有
限制，即可声明任意维数的数组。线网数组也可用于连接实例的端口，数组中的每个元素都可以
作为一个标量或者向量，以同样的方式来使用，形如<数组名>[<下标>]。

Integer     count[0:7];       //由八位计数变量组成的数组

reg  bool [31:0];              //由32个1位的布尔寄存器变量组成的数组

wire [7:0] w_array2 [5:0];        //声明8位向量的数组

注意：不要把数组和线网或寄存器向量混淆起来。向量是一个单独的元件，它的位宽是n，数组由多个元件组成，其中每个元件的位宽为n或1.

nets型

wire型数据常用来表示用于以assign关键字指定的组合逻辑信号。

Verilog程序模块中输入输出信号类型默认为wire型。

wire型信号可以用做方程式的输入，也可以用做”assign”语句或者实例元件的输出

reg型

reg是寄存器数据类型的关键字。

寄存器是数据存储单元的抽象，通过赋值语句可以改变寄存器存储的值，其作用相当于改变触发器存储器的值。

reg型数据常用来表示always模块内的指定信号，代表触发器。

通常在设计中要由always模块通过使用行为描述语句来表达逻辑关系。在always块内被赋值的每一个信号都必须定义为reg型，即赋值操作符的右端变量必须是reg型

reg型号数据的格式：

reg[n-1:0]数据名1，数据名2，…，数据N;
//定义了N个寄存器变量，每个数据位宽为n

reg型数据的默认值是不定的。reg型数据可以为正值或负值。当一个reg型数据是一个表达式中的操作数时，它的值被当做无符号值,即正值(如果一个4位的reg型数据被写入-1，在表达式中运算时，其值被认为是+15)

reg型和wire型的区别：reg型保持最后一次的赋值，而wire型需要持续驱动。

Memory型

尽管memory型数据和reg型数据的定义格式很相似，但是要注意不同之处。Memory描绘的是深度，reg描绘的是宽度。

Reg [ n-1:0 ] rega;  //一个n位寄存器

Reg mema [ n-1 ]  //一个由n个一位寄存器组成的存储器组

       一个n位的寄存器可以在一条赋值语句里进行赋值。而一个完整的存储器不行

       Rega = 0；//合法的赋值语句

       Mema=0；//非法的赋值语句

       Mema[3]=0；//合法，给memory中的第三个单元赋值为0

数组

Verilog中允许声明reg、integer、time、real、realtime及其向量类型的数组，对数组的维数没有限制，即可声明任意维数的数组。线网数组也可用于连接实例的端口，数组中的每个元素都可以作为一个标量或者向量，以同样的方式来使用，形如<数组名>[<下标>]。

Integer count[0:7]; //由八位计数变量组成的数组

reg bool [31:0]; //由32个1位的布尔寄存器变量组成的数组

wire [7:0] w_array2 [5:0]; //声明8位向量的数组

=注意：不要把数组和线网或寄存器向量混淆起来。向量是一个单独的元件，它的位宽是n，数组由多个元件组成，其中每个元件的位宽为n或1.==

向量

线网和寄存器类型的数据均可声明为向量（位宽大于1）。如果在声明中没有指定位宽，则默认为标量（1位）

wire a;      //标量线网变量，默认

wire [7:0] bus;          //8位的总线

reg clock  ;                 //标量寄存器，默认

reg   [0:40]        virtual_addr;    //向量寄存器，41位宽的虚拟地址

向量通过[high#:low#]进行说明，方括号中左边的数总是代表向量的最高有效位。

可变向量域选择

Verilog的系统任务

系统任务也属于行为级建模，系统任务的调用要出现在initial与always结构中。所有的任务都已$开头。

1、$display,$write用于信息的显示和输出。

%b或%B	二进制
%o或%O	八进制
%d或%D	十进制
%h或%H	十六进制
%e或%E	实数
%c或%C	字符
%s或%S	字符串
%v或%V	信号强度
%t或%T	时间
%m或%M	层次实例

—	===
\n	换行
\t	制表符
\	反斜杠\
"	引号”
%%	百分号%

调用方式：eg：$display("%b+%b=%b",a,b,sum);

                         $write("%b+%b=%b",a,b,sum);

注：如果没有在指定变量的显示格式，不会输出数值。如果没有指定变量显示的位置，变量值会在字符串部分之后直接显示出来，变量之间是没有间隔的，只是一次简单的显示。

显示任务$display默认显示的格式是十进制的，还有$displayb,$displayo,$displaybh的显示格式分别是二进制，八进制，十六进制。同理有$write，$writeo，$writeb，$writeh。

$display与$write的区别是：$display会在每次显示信息后自动换行，$write不会换行.

2、$strobe探测任务

探测任务的语法和显示任务完全相同，也是把信息显示出来。也有$strobe,$strobeb,$strobeo,$strobeh四种。

两者的区别在于：$strobe命令会在当前时间部结束时完成；而$display是只要仿真器看到就会立即执行。

3、$monitor监测任务

监测任务用于持续监测指定变量，只要这些变量发生了变化，就会立即显示对应的输出语句，并且在仿真中只能进行一次调用，后面的调用会覆盖前面的。

eg：

initial begin

$monitor("x=%b,y=%b,cin=%b",x,y,cin);

end

同理，有$monitor,$monitorb$monitoro$monitorh。
可用$monitoroff,monitoeron关闭监事和打开监视。

4、$stop,$finish仿真控制任务
区别：$stop暂停当前方针，$finish终止值当前方针。

`define：作用 -> 常用于定义常量可以跨模块、跨文件;

                        范围 -> 整个工程;

parameter：     作用 -> 常用于模块间参数传递;

                       范围 -> 本module内有效的定义;

localparam       作用 -> 常用于状态机的参数定义;

                       范围 -> 本module内有效的定义，不可用于参数传递;

                                  localparam cannot be used within the module port parameter list.

2、应用举例

`define、parameter、localparam三者的区别及举例

`define

概念：可以跨模块的定义，写在模块名称上面，在整个设计工程都有效。
           一旦`define指令被编译，其在整个编译过程中都有效。例如，通
           过另一个文件中的`define指令，定义的常量可以被其他文件调用,
           直到遇到 `undef；

    举例：定义 `define UART_CNT 10'd1024
               使用 `UART_CNT

parameter

概念：本module内有效的定义，可用于参数传递；
           如果在模块内部定义时无法进行参数传递，
           若在模块名后照下面这样写则可以进行传递

举例：定义

module video_in
           #(
          parameter MEM_DATA_BITS = 64,
          parameter INTERLACE     = 1      // 0
          )
          (
           input     clk,
           input     rst_n,
          
           output    burst_finsh
          );

使用 -> 调用此模块的时候可以像端口信号传递一样进行参数传递

video_in

       #( .MEM_DATA_BITS ( 64 ),
          .INTERLACE     ( 1  )
        )
       u_video_in (
        .clk             (clk_50m),
        .rst_n          (rst_n),
        
        .burst_finsh (burst_finsh)
        );

localparam：

概念：本module内有效的定义，不可用于参数传递；
           localparamcannot be used within the module port parameter list.
           一般情况下，状态机的参数都是用localparam的。

举例：

 
          localparam BURST_LEN               = 10'd64;     /*一次写操作数据长度 */
          
          localparam BURST_IDLE              = 3'd0;       /*状态机状态：空闲 */
          localparam BURST_ONE_LINE_START    = 3'd1;       /*状态机状态：视频数据一行写开始 */
          localparam BURSTING                = 3'd2;       /*状态机状态：正在处理一次ddr2写操作 */
          localparam BURST_END               = 3'd3;       /*状态机状态：一次ddr2写操作完成*/
          localparam BURST_ONE_LINE_END      = 3'd4;       /*状态机状态：视频数据一行写完成*/
          
          reg[2:0]  burst_state              = 3'd0;       /*状态机状态：当前状态 */
          reg[2:0]  burst_state_next         = 3'd0;       /*状态机状态：下一个状态*/