FPGA 学习系列(4):Verilog 时序逻辑设计

FPGA 学习系列(4):Verilog 时序逻辑设计

在 FPGA 设计中,时序逻辑(Sequential Logic) 是构建存储和控制电路的关键部分,与组合逻辑不同,时序逻辑依赖时钟信号(Clock)和寄存器(Register)来存储和处理数据。本篇博客将介绍 Verilog 时序逻辑设计的基本方法,包括 always @(posedge clk) 语法、寄存器、触发器以及有限状态机(FSM)设计。


1. 什么是时序逻辑?

时序逻辑依赖 时钟信号 进行数据存储和更新。典型的时序逻辑电路包括:

  • 触发器(D 触发器、JK 触发器等)
  • 移位寄存器(Shift Register)
  • 计数器(Counter)
  • 有限状态机(Finite State Machine, FSM)

下图展示了一个典型的时序逻辑结构:

+------------+  时钟输入 clk
| 寄存器单元 |  输入信号 D
|  (触发器)  | --->  输出信号 Q
+------------+

时序逻辑的核心特点:

  1. 存储数据:状态由寄存器存储,直到下一个时钟沿更新。
  2. 同步更新:所有时序逻辑电路在时钟信号的上升沿或下降沿触发。
  3. 受时序约束:数据更新必须满足建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)。

2. Verilog 时序逻辑设计方法

2.1 always

时序”最容易联想到就是“时序图”,亦即模块的输出。换句话说“时序”是模块执 行过程的显性记录。一般在仿真上,模块的时序图都是在理想状态下(没有任何物理上 的问题)产生的。时序图里边包含了模块最清洁的执行记录。这些信息对于“细化”模 块来说有很大的帮助。然而影响着这些时序就是Verilog HDL 语言本身。 很多时候,虽然低级建模(建模技巧)已经可以帮助我们完成许多模块设计上的要求, 但是低级建模始终是属于“建模”的层次,亦即“塑造”模块一个大概的形状,而且是 粗糙的东西而已。这粗糙的东西,效果能不能发完全发挥? 我们需要经过“细化”它才 知道结果。 要完成“细化”的过程一点也不可以马虎。早期的建模必须留下可以“细化”的种子。 此外我们还要往模块更深入去了解它,去分析它,如果有模块有问题就调试它。这全部 的工作要求,更进一步挑战我们对Verilog HDL 语言的认识和掌握的程度。有关这一点, 再也不是:了解Verilog HDL 语言相关的语法如何使用?如何使用Verilog HDL 语言建 立一个模块?等这些Verilog HDL 语言“外观的单纯工作”,而是“深入分析”模块执 行时的“内部细节”。关于模块一切的一切过程,我们只能在“时序图”上了解而已。 这就是这本笔记命名的初衷。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值