Verilog和FPGA的自学笔记4——多路选择器(always语句)

标题写多路选择器，实际上……

今天记录一下如何用Verilog在FPGA上做一个多路选择器。
是的，虽说要做mux，重点却在于always语句

组合逻辑？时序逻辑？

先说说Verilog的逻辑。
Verilog主要包含两大逻辑：组合逻辑与时序逻辑。
如果要看完整定义，给大家放下面了：

• 组合逻辑：输出仅由当前输入决定，与电路过去的状态无关，没有记忆功能。
• 时序逻辑：输出不仅取决于当前输入，还依赖于电路过去的状态（即有记忆功能）。

如果要人话 废话 一点，组合逻辑只是一个逻辑运算，没有反馈（输出再接回输入），输出仅由输入决定，输入变化，输出立马跟着变。

而时序逻辑有反馈，有了反馈，自然可以构成记忆电路。这方面典型的就是锁存器和触发器了。

上面是我们再熟悉不过的RS触发器，可以看到两个输出是有反馈回输入的。

Verilog 的数字进制格式

再说说Verilog中数字咋写。

在数字电路方面，我们一般会用二进制，十进制，和十六进制，其对应书写格式如下：

• 位宽+单引号’+进制类型+数

几个栗子：

• 两位二进制3：2’b11
• 8位十六进制FF：8‘hff（不区分大小写）

注意一个问题，Verilog中的位宽永远以二进制的位宽为准！ 2‘hff这样写就不对！（不要问谁曾经这么写……捂脸）

如果不注明位宽和进制类型，光给编译器扔个数，那人家就默认你写了个32位的十进制数。

还有一点，不同位宽的数是可以做运算的，比如这样：2’b10 - 1’b1，结果为2’b1。但不推荐这样写，有时候可能会出问题。

太好啦，终于把两个逻辑和数字进制格式说清楚啦，接下来就可以和always见面啦！

always语句！

语法见下：个人认为这种玩意特简洁……

always @(敏感列表) begin
逻辑书写之地
end

先大体看一眼。

电平信号？组合逻辑！

举个例子：

//此乃mux精髓所在^_^
always @(*) begin
	if(sel == 1'b1)
		out = A;
	else
		out = B;
end 

说说几个膈应人的地方（为啥说膈应呢因为学的时候没人跟我解释@*空格一堆乱七八糟都是些啥）
always、@ 和 （星） （优快云编辑器里不知道咋写，晕死……） 之间可以有空格，也可以没有，大家怎么喜欢怎么来。

@是敏感列表操作符，用来触发always语句执行条件的。后面的括号内部需要写敏感列表，也就是always的执行条件。

这里我们写*，其实是一种省略。意思就是当always语块内部有一个电平输入信号发生变化时，就会执行本always语句。比如上面示例代码中，输入信号有sel，A，B三个，则当任何一个变化时，都会导致always语句的执行。

如果你不想省略，可以写成以下这样：

always @(sel or A or B) begin
	if(sel == 1'b1)
		out = A;
	else
		out = B;
end 

当然我懒，我是不会写的哈哈。

至于if-else语句，除了花括号用begin和end以外，其余一毛一样，就不废话啦。

时序逻辑！

如果我们把敏感列表中的电平信号换成时钟信号，就变成了always的时序逻辑，比如：

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n)
        q = 1'b0; 
    else
        q = d;
end

上面的例子中写了俩边沿信号，分别是clk（时钟）和rst_n（复位），之间用关键字"or"连接。前面两个posedge 和 negedge 则是信号类型的关键字：

• posedge：在信号上升沿到来时触发
• negedge ：在信号下降沿到来时触发

这种边沿触发的信号，一般用于触发器或者寄存器，对应时序逻辑了！

如果想写多个触发条件，继续往后写即可：

always @(类型 信号1 or 类型 信号2 or …… or 类型 信号n)

这里可能有人要问了，如果电平信号和边沿信号掺和在一起，这算啥？

always @(key or posedge clk)

有人管这玩意叫（非正常的）混合逻辑，虽然没有明令禁止，但大家最好不要写这种东西，指不定综合工具会给你整出个啥来……

一点注意，不要在多个always语块里给同一个数据赋值！，否则综合器会报多驱动源的错。
啥是在多个always语块里给同一个数据赋值？

reg cnt;

always @(posegde sts_clk or negedge sts_rst) begin
	if(!sys_rst)
		cnt <= 1'b0;
	else
		cnt <= cnt + 1;
end

always @(posegde sts_clk or negedge sts_rst) begin
	if(!sys_rst)
		cnt <= 1'b0;
	else
		cnt <= cnt;
end

这就是在多个always语块里给同一个数据赋值。

第一个always内有cnt的计数逻辑，第二个always内有cnt的保持逻辑，那么两个always都对cnt有激励，到了真实硬件中到底输入谁的信号就会产生问题，也就是存在多驱动源的问题。在代码设计阶段我们就得避免。

mux的代码实现

好啦，不用多说我也知道，大家现在一定都会写mux的Verilog代码啦！为延续程序员Ctrl+C Ctrl+V传统，代码给大家放在下面啦嘻嘻：

module mux(
    input   		A,    //输入信号in1
    input   		B,    //输入信号in2
    input   		sel,    //选择控制信号sel
    
    output reg		out     //输出信号out
    );
always@(*) begin	//"*"为通配符，在这个模块中的任何一个输入信号或电平发生变化时
	if(sel == 1'b1)
		out = A;
	else
		out = B;
end

endmodule

写.v文件时有一点要注意，always的输出信号（本代码中的out）必须定义为reg型，否则将编译错误！
比如这样就不行：

output  out    //错误：out作为always的输出信号必须是reg

咦？tb文件里的输出不是写wire来着？难道让RTL里的reg和tb里的wire对应吗？？
哈哈，有这个疑问说明你Verilog学的挺扎实！确实，RTL里的reg和tb里的wire对应是合法且必须的。

接下来就是仿真文件了，仨信号一一变化即可。还不会写仿真文件的欢迎参考我的上篇博文~~~

如果有不明白或错误之处，也希望大家在评论区给出，帮助大家的同时也能再次提升自己对于FPGA和Verilog的理解，感谢大家！！

系列链接：
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