26，FPGA_Verilog基础篇：verilog之常数规则

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在verilog-2001标准里面，常数（constant numbers）分为整数（integer constants）和实数（real constants）两种类型。

整数可以是十进制（decimal）、十六进制（hexadecimal）、八进制（octal）以及二进制（binary）格式，实数则可以是十进制记数格式或者科学记数格式。

实际上，实数在我们FPGA设计中很少用，verilog-2001标准对实数的描述也不多。但整数常数却处处可见，处处在用。所以我们必须对整数常数的定义和使用规则了然于胸，这样使用起来才会得心应手，减少代码的bug。

下面，博主小飞先给出几个整数常数应用的例子，如果大家都能理解，说明verilog掌握的非常棒，就不用浪费时间看博主接下来的夸夸其谈了~但是如果还有疑惑，请继续往下看，接下来的内容值得您花十分钟学习与思考，绝对收获满满！

示例 1 - 未定位宽size的常数

659 // 是十进制数

'h 837FF // 是一个十六进制数

'o7460 // 是一个八进制数

4af // 是非法的（十六进制格式需要 'h）

示例 2 - 位宽size固定的数字

4’b1001 // 是一个 4 位二进制数

5 'D 3 // 是一个 5 位十进制数

3’b01x // 是一个 3 位数字，最低位未知

12’hx // 是一个 12 位的未知数

16’hz // 是一个 16 位的高阻数

示例 3 - 对常量使用符号

8 'd -6 // 这是非法的语法

-8 'd 6 // 这定义了 6 的二进制补码，保存在 8 位中，相当于 -(8’d 6)

4 'shf // 这表示 4 位数字‘1111’，被解释为二进制补码或“-1”，这相当于 -4'h 1

-4 'sd15 // 这相当于 -(-4'd 1) 或 '0001'。

示例 4 - 自动左填充

reg [11:0] a, b, c, d;

initial begin

a = 'h x; // 产生 xxx

b = 'h 3x; // 产生 03x

c = 'h z3; // 产生 zz3

d = 'h 0z3; // 产生 0z3

end

reg [84:0] e, f, g;

e = 'h5; // 产生 {82{1'b0},3'b101}

f = 'hx; // 产生 {85{1'hx}}

g = 'hz; // 产生 {85{1'hz}}

示例 5 - 在数字中使用下划线字符

27_195_000

16’b0011_0101_0001_1111

32’h 12ab_f001

27_195_000

16’b0011_0101_0001_1111

32’h 12ab_f001

下面我们研究一下verilog-2001标准里面常数的完整定义，其中方括号“[]”里面的定义是可选的，花括号“{}”表示可以多次复制当中的内容，“|”表示或的含义：（标准初看可能一头雾水，稍后博主会用白话慢慢道来）

constant number分为：integer constants和real constants。

integer constants的表示方法则分为：

十进制常数：decimal_number

八进制常数：octal_number

二进制常数：binary_number

十六进制常数：hex_number

real constants的表示方法则分为：

十进制记数法：

unsigned_number . unsigned_number

科学记数法：

unsigned_number [ . unsigned_number ] exp [ sign ] unsigned_number

其中exp的含义为e 或 E（大小写均可）。

十进制常数decimal_number的具体表示格式则有以下4种形式：

unsigned_number

[ size ] decimal_base unsigned_number

[ size ] decimal_base x_digit { _ }

[ size ] decimal_base z_digit { _ }

二进制常数binary_number的具体表示格式则有以下1种形式：

[ size ] binary_base binary_value

八进制常数octal_number的具体表示格式则有以下1种形式：

[ size ] octal_base octal_value

十六进制常数hex_number的具体表示格式则有以下1种形式：

[ size ] hex_base hex_value

常数的符号sign则有正（+）和负（-）两种表示。注意：这里我们不要理解成加号和减号（二元运算符）了，这里的正负号只是一元运算符，仅表示常数的正负极性。

size 则定义为非零的十进制无符号数non_zero_unsigned_number。该无符号数的格式为non_zero_decimal_digit { _ | decimal_digit}，中间不能含空格。

unsigned_number的格式为decimal_digit { _ | decimal_digit }，中间不能含空格。

binary_value的格式为binary_digit { _ | binary_digit }，中间不能含空格。

octal_value的格式为octal_digit { _ | octal_digit }，中间不能含空格。

hex_value的格式为 hex_digit { _ | hex_digit }，中间不能含空格。

十进制基底decimal_base的格式为'[s|S]d | '[s|S]D，中间不能含空格。

二进制基底binary_base的格式为'[s|S]b | '[s|S]B，中间不能含空格。

八进制基底octal_base的格式为 '[s|S]o | '[s|S]O，中间不能含空格。

十六进制基底hex_base的格式为 '[s|S]h | '[s|S]H，中间不能含空格。

non_zero_decimal_digit 的数字包含：1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

decimal_digit 的数字包含：0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

binary_digit 的数字包含：x_digit | z_digit | 0 | 1

octal_digit的数字包含：x_digit | z_digit | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7

hex_digit 的数字包含：x_digit | z_digit | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9| a | b | c | d | e | f | A | B | C | D | E | F

x_digit 的含义为x | X

z_digit 的含义为z | Z | ?

integer constants详解

上面说过，整数常量可以指定为十进制、十六进制、八进制或二进制格式，并且也有两种形式来表示整数常量。

第一种形式的整数常量是一个简单的十进制数，可选择以“+”或“-”符号开头。

第二种形式的整数常量由三个部分组成：第一部分size是一个可选的位宽常量、第二部分base_format是一个单引号后跟一个基本格式字符，第三个部分是代表数值的数字。

第一部分指定整数常数的位宽，是一个非零的无符号十进制数。 例如，两个十六进制数字的位宽是 8，因为一个十六进制数字需要 4 位。 高位未知（X 或 x）或三态（Z 或 z）的无位宽、无符号常量会将x或z扩展到包含该常量的表达式的位宽，但在verilog-1995中，x或z只能扩展到32bit。

第二部分base_format应由一个不区分大小写的字母组成，用来指定数字的基数。基数为 d、D、h、H、o、O、b 或 B，分别表示基数为十进制、十六进制、八进制和二进制，基数之前是一个可选的单个字符 s（或 S），以表示为有符号数（当常数为无符号数时，该字符可以省略），基数前面是单引号字符（’），且单引号字符和基数之间不能含有空格。

第三部分则是一个无符号数，应由对应基数的数字组成。 该无符号数字格式可选地以空格开头。 如果该无符号数为十六进制，则数字 a 到 f 不区分大小写。

没有位宽size和base_format的简单十进制数会被当作有符号整数integer处理，而如果包含 s/S 标志符，则用base_format指定的数字应被视为有符号整数，如果仅使用base_format，则应视为无符号整数。这里我们要注意： s/S 标志符不影响每一bit的值，只影响综合软件判定其是否为有符号数！

常数第一部分前面的“+”或“-”运算符是一元运算符，用来表示常数是正数还是负数。如果是负数，则综合软件以二进制补码表示。

x/X 表示十六进制、八进制和二进制常量中的未知值，z 代表高阻抗值。x 应将十六进制基数中的 4 位设置为未知、八进制基数中设置 3 位、二进制基数中设置 1 位。同理，z 应分别设置 4 位、3 位和 1 位为高阻值。

如果第三部分的无符号数值的位宽小于常量指定的位宽，则无符号数应在左侧填充零来满足指定的位宽。如果无符号数中最左边的位是 x 或 z，则应分别使用 x 或 z 向左填充。

除第一个字符外，下划线字符 (_) 在第三部分数值中的任何位置都是合法的。下划线字符被忽略。此功能可用于拆分长数字以提高可读性。

除了上述常数的关键要点外，还有以下3点我们要注意：

1. 有位宽size定义的负常数（比如-5’d2）或者有位宽size定义的有符号常数（5’sd2）被赋值给reg或wire型变量时，无论该变量是有/无符号数，常数都做有符号位扩展。
2. 用于指定integer constants的三个部分中的每一个部分都可以被宏定义替换。
3. 没有指定第一部分size的integer constants（简单的十进制数或没有位宽指定的数）的位宽至少都是32bit。

实数（real constants）详解

实数是按照IEEE双精度浮点数标准（IEEE Std 754-1985）的描述来表示的。

实数可以用十进制记数法（例如，14.72）或科学记数法（例如，39e8，表示 39 乘以 10 的八次方）来指定，其中用小数点表示的实数应在小数点的每一侧至少有一位。

例子：

1.2//十进制记数法

0.1//十进制记数法

2394.26331//十进制记数法

1.2E12（指数符号可以是e或E）//科学记数法

1.30e-2//科学记数法

0.1e-0//科学记数法

23E10//科学记数法

29E-2//科学记数法

236.123_763_e-12//科学记数法（下划线被忽略）

以下是错误的实数形式，因为小数点的每一侧都没有至少一个数字：

.12

9.

4.E3

.2e-7

常数规则就介绍完毕了，小伙伴们理解了吗？为了加深印象，实际操作起来吧！

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