Verilog語言數據類型基礎教程

Posted on by

線網（wire）

Verilog 最常用的 2 種數據類型就是線網（wire）與寄存器（reg），其餘類型可以理解為這兩種數據類型的擴展或輔助。

wire 類型表示硬件單元之間的物理連線，由其連接的器件輸出端連續驅動。如果沒有驅動元件連接到 wire 型變量，缺省值一般為 "Z"。舉例如下：

實例

wire   interrupt ;

wire   flag1, flag2 ;

wire   gnd = 1'b0 ;  

線網型還有其他數據類型，包括 wand，wor，wri，triand，trior，trireg 等。這些數據類型用的頻率不是很高，這裡不做介紹。

寄存器（reg）

寄存器（reg）用來表示存儲單元，它會保持數據原有的值，直到被改寫。聲明舉例如下：

實例

reg    clk_temp;

reg    flag1, flag2 ;

例如在 always 塊中，寄存器可能被綜合成邊沿觸發器，在組合邏輯中可能被綜合成 wire 型變量。寄存器不需要驅動源，也不一定需要時鐘信號。在仿真時，寄存器的值可在任意時刻通過賦值操作進行改寫。例如：

實例

reg rstn ;

initial begin

    rstn = 1'b0 ;

    #100 ;

    rstn = 1'b1 ;

end

向量

當位寬大於 1 時，wire 或 reg 即可聲明為向量的形式。例如：

實例

reg [3:0]      counter ;    //聲明4bit位寬的寄存器counter

wire [32-1:0]  gpio_data;   //聲明32bit位寬的線型變量gpio_data

wire [8:2]     addr ;       //聲明7bit位寬的線型變量addr，位寬范圍為8:2

reg [0:31]     data ;       //聲明32bit位寬的寄存器變量data, 最高有效位為0

對於上面的向量，我們可以指定某一位或若幹相鄰位，作為其他邏輯使用。例如：

實例

wire [9:0]     data_low = data[0:9] ;

addr_temp[3:2] = addr[8:7] + 1'b1 ;

Verilog 支持可變的向量域選擇，例如：

實例

reg [31:0]     data1 ;

reg [7:0]      byte1 [3:0];

integer j ;

always@* begin

    for (j=0; j<=3;j=j+1) begin

        byte1[j] = data1[(j+1)8-1 : j8];

        //把data1[7:0]…data1[31:24]依次賦值給byte1[0][7:0]…byte[3][7:0]

    end

end

Verillog 還支持指定 bit 位後固定位寬的向量域選擇訪問。

  • [bit+: width] : 從起始 bit 位開始遞增，位寬為 width。
  • [bit-: width] : 從起始 bit 位開始遞減，位寬為 width。

實例

//下面 2 種賦值是等效的

A = data1[31-: 8] ;

A = data1[31:24] ;

//下面 2 種賦值是等效的

B = data1[0+ : 8] ;

B = data1[0:7] ;

對信號重新進行組合成新的向量時，需要借助大括號。例如：

實例

wire [31:0]    temp1, temp2 ;

assign temp1 = {byte1[0][7:0], data1[31:8]};  //數據拼接

assign temp2 = {32{1'b0}};  //賦值32位的數值0

整數，實數，時間寄存器變量

整數，實數，時間等數據類型實際也屬於寄存器類型。

整數（integer）

整數類型用關鍵字 integer 來聲明。聲明時不用指明位寬，位寬和編譯器有關，一般為32 bit。reg 型變量為無符號數，而 integer 型變量為有符號數。例如：

實例

reg [31:0]      data1 ;

reg [3:0]       byte1 [7:0]; //數組變量，後續介紹

integer j ;  //整型變量，用來輔助生成數字電路

always@* begin

    for (j=0; j<=3;j=j+1) begin

        byte1[j] = data1[(j+1)8-1 : j8];

        //把data1[7:0]…data1[31:24]依次賦值給byte1[0][7:0]…byte[3][7:0]

        end

end

此例中，integer 信號 j 作為輔助信號，將 data1 的數據依次賦值給數組 byte1。綜合後實際電路裡並沒有 j 這個信號，j 隻是輔助生成相應的硬件電路。

實數（real）

實數用關鍵字 real 來聲明，可用十進制或科學計數法來表示。實數聲明不能帶有范圍，默認值為 0。如果將一個實數賦值給一個整數，則隻有實數的整數部分會賦值給整數。例如：

實例

real        data1 ;

integer     temp ;

initial begin

    data1 = 2e3 ;

    data1 = 3.75 ;

end

initial begin

    temp = data1 ; //temp 值的大小為3

end

時間（time）

Verilog 使用特殊的時間寄存器 time 型變量，對仿真時間進行保存。其寬度一般為 64 bit，通過調用系統函數 $time 獲取當前仿真時間。例如：

實例

time       current_time ;

initial begin

       #100 ;

       current_time = $time ; //current_time 的大小為 100

end

數組

在 Verilog 中允許聲明 reg, wire, integer, time, real 及其向量類型的數組。

數組維數沒有限制。線網數組也可以用於連接實例模塊的端口。數組中的每個元素都可以作為一個標量或者向量，以同樣的方式來使用，形如：<數組名>[<下標>]。對於多維數組來講，用戶需要說明其每一維的索引。例如：

實例

integer          flag [7:0] ; //8個整數組成的數組

reg  [3:0]       counter [3:0] ; //由4個4bit計數器組成的數組

wire [7:0]       addr_bus [3:0] ; //由4個8bit wire型變量組成的數組

wire             data_bit[7:0][5:0] ; //聲明1bit wire型變量的二維數組

reg [31:0]       data_4d[11:0][3:0][3:0][255:0] ; //聲明4維的32bit數據變量數組

下面顯示瞭對數組元素的賦值操作：

實例

flag [1]   = 32'd0 ; //將flag數組中第二個元素賦值為32bit的0值

counter[3] = 4'hF ;  //將數組counter中第4個元素的值賦值為4bit 十六進制數F，等效於counter[3][3:0] = 4'hF，即可省略寬度;

assign addr_bus[0]        = 8'b0 ; //將數組addr_bus中第一個元素的值賦值為0

assign data_bit[0][1]     = 1'b1;  //將數組data_bit的第1行第2列的元素賦值為1，這裡不能省略第二個訪問標號，即 assign data_bit[0] = 1'b1; 是非法的。

data_4d[0][0][0][0][15:0] = 15'd3 ;  //將數組data_4d中標號為[0][0][0][0]的寄存器單元的15~0bit賦值為3

雖然數組與向量的訪問方式在一定程度上類似，但不要將向量和數組混淆。向量是一個單獨的元件，位寬為 n；數組由多個元件組成，其中每個元件的位寬為 n 或 1。它們在結構的定義上就有所區別。

存儲器

存儲器變量就是一種寄存器數組，可用來描述 RAM 或 ROM 的行為。例如：

實例

reg               membit[0:255] ;  //256bit的1bit存儲器

reg  [7:0]        mem[0:1023] ;    //1Kbyte存儲器，位寬8bit

mem[511] = 8'b0 ;                  //令第512個8bit的存儲單元值為0

參數

參數用來表示常量，用關鍵字 parameter 聲明，隻能賦值一次。例如：

實例

parameter      data_width = 10'd32 ;

parameter      i=1, j=2, k=3 ;

parameter      mem_size = data_width * 10 ;

但是，通過實例化的方式，可以更改參數在模塊中的值。此部分以後會介紹。

局部參數用 localparam 來聲明，其作用和用法與 parameter 相同，區別在於它的值不能被改變。所以當參數隻在本模塊中調用時，可用 localparam 來說明。

字符串

字符串保存在 reg 類型的變量中，每個字符占用一個字節（8bit）。因此寄存器變量的寬度應該足夠大，以保證不會溢出。

字符串不能多行書寫，即字符串中不能包含回車符。如果寄存器變量的寬度大於字符串的大小，則使用 0 來填充左邊的空餘位；如果寄存器變量的寬度小於字符串大小，則會截去字符串左邊多餘的數據。例如，為存儲字符串 "run.runoob.com", 需要 14*8bit 的存儲單元：

實例

reg [0: 14*8-1]       str ;

initial begin

    str = "run.runoob.com";

end  

有一些特殊字符在顯示字符串中有特殊意義，例如換行符，制表符等。如果需要在字符串中顯示這些特殊的字符，則需要在前面加前綴轉義字符 \ 。例如下表所示：

其實，在 SystemVerilog（主要用於 Verilog 仿真的編程語言）語言中，已經可以直接用關鍵字 string 來表示字符串變量類型，這為 Verilog 的仿真帶來瞭極大的便利。有興趣的學者可以簡單學習下 SystemVerilog。

以上就是Verilog語言數據類型基礎教程的詳細內容，更多關於Verilog數據類型的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

推薦閱讀：