以Vivado synthesis支持的Verilog结构来学习 Verilog语句可综合性

• 查Verilog结构是否可综合
• 查Verilog 系统task与function是否可综合
• 查Verilog 基本单元(原语)是否可综合
• 查Verilog 保留的关键词

经常看到是否可 Synthesis 的题目，网上对于Verilog 结构是否可 Synthesis 有很多分类标准，但是没有说明具体引用来源，所以学起来总感觉没有底气。
现在以Vivado IDE Synthesis 支持的Verilog 结构来具体学习 Verilog 的可综合性。具体文档是UG901。

1 Verilog 设计

复杂电路的设计通常采用自顶向下的方法。

• 设计过程的每个阶段都需要不同的规范级别(specification level)。例如，在体系结构级别，规范可以对应于框图或算法状态机(ASM)图。
• 一个块 或 ASM阶段 对应于一个寄存器传输块，其中的连接是n位导线，例如:
  • 寄存器（Register）
  • 加法器（Adder）
  • 计数器（Counter）
  • 乘法器（Multiplexer）
  • 内部连接逻辑（Interconnect logic）
  • 有限状态机（Finite State Machine (FSM)）
• Verilog允许用计算机语言表达诸如ASM图和电路图之类的符号。

2 Verilog 功能

Verilog提供行为（behavioral）和结构（structural）语言结构。这些结构允许在高抽象级别和低抽象级别上表达设计对象。

• 使用Verilog设计硬件允许使用软件概念，例如:
  • 并行处理
  • 面向对象的程序设计
• Verilog的语法类似于C和Pascal
• Vivado synthesis 支持 IEEE 1364 Verilog
• 在Vivado synthesis 中支持Verilog，允许以最有效的方式描述全局电路和每个块。
  • 对每个block采用最佳 synthesis 流程进行 synthesis
  • 本文中的synthesis是将高级行为和结构Verilog HDL语句编译成一个平坦的门级网表（ gate-level netlist）。然后，可以使用网表对可编程逻辑设备（如Virtex设备）进行自定义编程。
  • 不同的synthesis方法用于:
    • 算数运算块
    • 内部连接逻辑
    • 有限状态机组件

2.1 对 Verilog-2001 的支持

Vivado synthesis 支持 Verilog-2001 的如下功能：

• 生成（Generate）语句
• 组合端口/数据类型声明
• ANSI-style端口列表
• 模块操作符端口列表
• ANSI C风格的任务/函数声明
• 逗号分隔敏感列表
• 组合逻辑的敏感信号
• 使用连续赋值的默认线网类型
• 禁用默认的net声明
• Indexed vector的部分选择
• 多维数组
• net和real数据类型的数组
• 数组 位和部分选择
• Signed reg、net和 port 声明
• Signed-based 整数
• Signed 算术表达式
• 算术移位操作符
• 自动宽度扩展超过32位
• 幂操作符
• 待定位宽参数（N-sized parameter）
• 固定的局部参数
• 增强的条件编译
• 文件和行编译器指令
• 变量的部分选择

  reg [3:0] data;
  reg [3:0] select; // a value from 0 to 7
  wire [7:0] byte = data[select +: 8];
  

• 递归任务和函数
• 常量函数

2.2 结构性Verilog

结构化的Verilog描述集合了几个代码块，并允许在设计中引入层次结构。硬件结构的相关概念及其说明如下表所示。

概念	说明
Component	构建或基本块
Port	组件的 I/O 连接器
Signal	对应于组件之间的连线

内建逻辑门包括 与（AND）、或（OR）、异或（XOR）、与非（NAND）、或非（NOR）、非（NOT）

Verilog的结构特性允许通过实例化预定义的原语，Xilinx提供的源于如BUFG、CLKDLL等

2.3 Verilog 参数

Verilog参数的作用：

• 创建易于重用和扩展的参数化代码。
• 使代码更具可读性、更紧凑、更易于维护。
• 描述这样的功能:
  • 总线位宽
  • 在模型设计单元中某些重复元素的数量
• 常数。对于参数化模块的每个实例化，可以重写默认操作符值。
• 相当于VHDL泛型。不支持空字符串参数。

2.4 Verilog 参数与属性冲突的情况

Verilog参数和属性冲突可能会出现以下情况:

• 参数和属性可以应用于Verilog代码中的实例和模块。
• 同时属性也可以在约束文件中指定

2.5 Verilog使用限制

Verilog在Vivado synthesis中的使用限制包括:

• 大小写敏感
  • Verilog大小写敏感，但是当模块名称只是大小写不同时，Vivado synthesis会出错。
• 阻塞和非阻塞赋值
  • 不要混合使用阻塞和非阻塞赋值。虽然 Vivado synthesis 不会报错（注意只是不会报错）但是仿真会出错。
  • 错误示范

    always @(in1)
    begin
    if (in2)
        out1 = in1;
    end else
        out1 <= in2;
    

• 整数处理
  • 在case表达式中，未设置大小的整数可能导致不可预测的结果。
  • 连接操作符中的整数处理，vivado会新建32bit临时变量在进行位拼接。

2.6 Verilog元注释

• Translate Off and Translate On

  // synthesis translate_on
  // synthesis translate_off
  

• Parallel Case

  // synthesis parallel_case full_case
  // synthesis parallel_case
  // synthesis full_case
  

3 Verilog 结构

下表列出了Vivado synthesis 支持的 Verilog结构：

3.1 常量

常量	是否支持
Integer	支持
Real	支持
String	不支持

3.2 数据类型

数据类型	是否支持
tri0,tri1,trireg三种线网类型	不支持