verilog数据类型和数组

本文介绍了Verilog中的数据类型,包括数值表示(2/8/10/16进制)、线网类型(如wire,用于描述连接)和变量类型(如reg,用于存储数据)。还讲解了变量的有符号和无符号以及数组的使用,包括一维和多维数组的声明和操作。这些基础知识对于理解和编写Verilog代码至关重要。

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        本文将讨论 verilog 中常用的数据类型,包括对数据表示、线网类型、变量类型和数组,分享一下使用方法和注意事项。

一、Verilog 中的数值表示

        编写 verilog代码 时,经常需要在代码中表示数据值,可以将这些数据表示为2进制、8进制、10进制或16进制值。

        特别是verilog中需要定义数据的位宽,因为verilog 本质上是在描述硬件电路。

语法:

<bits>'<representation><value>

说明:

  • bits:位宽,可省略,则默认是32bit

  • representation:进制, b或B表示2进制,o或O表示8进制,d或D表示10进制,h或H表示16进制,可省略,则默认是十进制

  • value :具体数值

示例:

8'b1000_1000; //2进制表示
4'o10; //8进制表示
4'd8; //10进制表示
4'h8; //十六进制表示

        每一个bit位不同值表示:

二、Verilog 中的基本数据类型

        verilog 中的基本数据类型可以分为两大类:线网类型(net)和变量类型(variable )

        net类型用来对数字电路中的连接关系建模,无法存储数值,表示数据驱动路线。

        variable类型用来对寄存器或触发器建模,可以存储数据。

1、Verilog 中的net类型

        用来描述设计中不同组件之间的物理连接,net类型本身不能用于存储数据或驱动数据。

        通常使用连续赋值(continuous assignment)语句来将数据驱动到线型(wire)上,如assign 语句。

        verilog 中最常用的net类型就是wire类型。使用wire类型来声明设计中基本的点对点连接信号,顾名思义,它们大致相当于传统电路中的电线(wire英文原意)。

wire a; //声明一个1位宽wire类型信号a

assign a = c; //使用assign关键字来赋值
assign b = d; //使用assign关键字来赋值

2、Verilog 中的变量类型

        verilog 中使用变量类型来存储数据,可以一直保持这个值直到被再次赋值。

        verilog中最常用的变量类型是reg类型,用于always语句块内,如下面的代码片段所示,实现了一个D触发器。

reg q;
//D触发器
always @(posedge clock)
    q <= d;
end

        虽然reg 类型常被用来建模触发器,但在某些情况下,reg 类型也可用于在 verilog 中对组合逻辑进行建模。

reg q;
always @(*)
    q = d;
end

        verilog 中最常用的数值数据类型是integer类型。但是,integer类型通常用于模块中的内部信号而不是端口。

        注意:integer默认是32bit的有符号数。

integer a = 255; //声明一个值为255的integer类型变量a

3、Verilog 中的有符号(Signed)和无符号数据(Unsigned)

        Verilog-2001 标准引入了signed 和 unsigned关键字,在Verilog-2001标准发布之前,所有net类型和variable类型都只能用于存储无符号(Unsigned)数据类型。

        默认情况下,integer类型是有符号的,而 reg 和 wire 类型都是无符号的。如果希望修改此默认行为,则需要使用这些关键字(signed 和 unsigned),在 verilog 代码中将变量类型声明为signed时,会是补码。

示例:

//声明无符号reg变量a、有符号reg变量b
reg [31:0] a;
reg signed [31:0] b;

//声明无符号wire变量a、有符号wire变量b
wire [31:0] a;
wire signed [31:0] b;

//声明无符号integer变量a、有符号integer变量b
integer unsigned a;
integer b;

4、Verilog 中的数组(Arrays )

        在 verilog 中可以创建和使用Arrays(数组)类型,在FPGA中实际是使用LUT或BRAM来实现的。

(1)一维数组

语法:

<type> <size> <variable_name> <elements>;

说明:

  • type表示数组元素的类型

  • size表示数据元素的位宽大小

  • variable_name表示数组名称

  • elements是表示数组的大小

示例:

//定义一个共有8个元素的数组example,每个元素的位宽为3位
wire [2:0] example [7:0];

        可以使用带有数组下标的方括号来访问数组中的单个元素,如:

//将5赋值给数组example中的最后一个元素
assign example[7] = 3'h5;

(2)多维数组

        在Verilog-1995标准中,只能创建一维数组。verilog 2001 标准则可以创建多于一维的数组。为此,只需添加另一个字段来定义需要的元素数量。

语法:

<type> <size> <variable_name> <elements0> <elements1>;

说明:

  • type表示数组元素的类型

  • size表示数据元素的位宽大小

  • variable_name表示数组名称

  • elements0是表示数组第一层的大小

  • elements1表示数组第二层的大小

示例:

wire [3:0] example2d [7:0][1:0];
//赋值操作
assign example2d [7][1] = 4'ha;
assign example2d [7][0] = 4'ha;

verilog数组还是挺好用的,可以用于简化写代码的逻辑,适用于循环复制的模块或代码。



genvar i;
wire [1:0] data_in [0:4];
wire [1:0] data_out [0:4];

generate
for(i = 0; i < 5; i = i + 1) begin: module_test
mod_test u_mod_test(
.clk(clk),
.reset(reset),
.data_in(data_in[i]),
.data_out(data_out[i])
);
end
endgenerate

integer j;
reg [2:0] shift_add_index [0:8];

always@(posedge clk) begin
shift_add_index[0] <= 'd2;
end

always@(posedge clk) begin
for(j = 1; j < 9; j = j+1) begin
shift_add_index[j] <= shift_add_index[j-1] + j;
end
end


### Verilog 数组的使用方法与语法 #### 一、基本概念 在 Verilog 中,数组是一种数据结构,允许存储多个相同类型的变量。可以通过索引来访问这些变量中的每一个。Verilog 支持多种数组类型,包括单维数组多维数组。 #### 二、数组声明 以下是 Verilog数组声明的标准语法: ```verilog <type> [<msb>:<lsb>] <variable_name>; ``` 其中 `<type>` 表示数据类型(如 `reg` 或 `wire`),`<msb>` `<lsb>` 定义位宽范围,`<variable_name>` 是变量名[^1]。 对于多维数组,可以在名称后面附加额外的维度定义: ```verilog <type> [<msb>:<lsb>] <variable_name>[<dimension_size_0>:<dimension_size_n>]; ``` 例如,声明一个二维数组: ```verilog reg [7:0] my_array [0:3]; // 声明了一个4×8的二维数组 ``` 上述代码表示创建了一个名为 `my_array` 的二维数组,该数组有四个元素,每个元素是一个宽度为 8 位的寄存器[^2]。 #### 三、初始化 在 Verilog HDL 中,通常通过 `initial` 块来完成数组的初始化操作。以下是一个简单的例子: ```verilog reg [7:0] data_array [0:9]; initial begin integer i; for (i = 0; i <= 9; i = i + 1) begin data_array[i] = i * 2; // 将数组填充为偶数序列 end end ``` 此代码片段展示如何利用循环语句对数组进行逐项赋值[^5]。 #### 四、访问数组元素 要访问某个特定位置上的数组元素,只需指定对应的索引即可。例如: ```verilog always @(posedge clk or negedge resetn) begin if (!resetn) begin output_reg <= 0; end else begin output_reg <= data_array[address]; // 访问data_array中由address决定的位置 end end ``` 这里假设有一个地址信号 `address` 控制读取哪个内存单元的内容并将其输出给目标寄存器 `output_reg`[^3]。 #### 五、SystemVerilog 扩展特性 相较于原始版本的 Verilog,在 SystemVerilog 中引入了许多改进措施使得处理复杂的数据结构变得更加容易。比如动态数组、关联数组等功能强大的新特性都被加入进来以满足更广泛的应用需求[^4]。 #### 六、Testbench 应用场景下的特殊考虑事项 当编写测试平台(testbench)时,可以充分利用那些不支持综合但是有助于简化仿真的构造体。像 `$display`, `#delay_value` 这些命令经常会被采用来进行调试信息打印以及延迟模拟等方面的工作。 ---
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