超越C语言：Verilog在硬件设计中的革命

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前言

如果你对这篇文章有任何疑问，或者想要更深入地讨论Verilog，我邀请你加入我的专栏Verilog启航：硬件编程之旅，那里有一个活跃的社区等待着你。

学习Verliog语言的时候我有个困惑：对硬件进行描述时，我也可以使用C语言编写出来达到相似的效果，那为啥还要重新再弄一门语言，再学习新的语法呢？这不是折磨死人吗？

所以我就了解了一下，才发现还是太天真。每一门语言的出现都有自己存在的理由。所以就来讲讲到底为什么不用C语言呢？

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Verilog和C语言服务于完全不同的领域，二者设计的理念很不相同。要知道Verilog语言是一种描述硬件电路的语言，所以描述出来的效果要与实际相同。而C语言是一种用于软件开发的语言，讲究的是一个顺序关系。
软件和硬件有很大的区别，所以用C语言来描述一个硬件，总会有些问题是无法解决的。所以Verilog的出现就是为了解决软件编程无法实现的问题。

1、并行处理问题

硬件设计会存在牵一发而动全身的问题。

例如：对于一个JK触发器来说，两个输入（J和K）控制着两个输入（Q和Q'）。当输入发生变化时，输出也会随着输入变化带来的效果而变化。假如Q输出为0变化成Q输出为1，这时Q'会同时从1变成0，不会存在有先后的顺序，所以描述时要同时进行改变。

而如果使用C语言进行描述时，程序是有顺序的，总是会先将Q描述为1，再将Q'描述为0；或者先将先将Q'描述为0，再将Q描述为1，不会同时发生，虽然可以模拟并行处理，但实际执行仍然是顺序的，这与实际电路所表达的效果不同。

所以为了解决这种问题，Verilog中设计了这种解决方案。

例如：设计了多个assign语句和always块可以同时执行。这意味着每个assign语句和always块可以独立于其他语句和块并行工作。

在always块中使用的非阻塞赋值（<=）允许多个寄存器在同一个时钟周期内更新，模拟了硬件中触发器的并行更新。

等等……

这些都更好的解决了并行处理问题。

总之Verilog可以解决很多C语言这种软件编程语言无法解决的很多问题。我也不一一进行说明了，进行了简单总结，感兴趣可以接着读下去。

2、硬件行为模拟：

        Verilog：能够精确模拟硬件的行为，如信号的传播延迟、电路的并发操作等。

        C语言：无法模拟硬件级别的行为，如信号的物理传播。

3、时序控制：

        Verilog：可以精确控制时序，如在时钟信号的上升沿或下降沿触发操作。

        C语言：虽然可以模拟时序，但无法精确控制硬件级别的时序。

4、低级硬件访问：

        Verilog：允许直接访问和控制硬件资源，如内存地址、I/O端口。

        C语言：通常需要通过操作系统提供的API来访问硬件，无法直接控制硬件资源。

5、硬件设计和验证：

        Verilog：用于设计和验证复杂的数字电路，如ASIC和FPGA。

        C语言：用于软件开发，不涉及硬件设计和验证。

6、硬件资源优化：

        Verilog：允许设计师优化硬件资源的使用，如减少逻辑门数量、优化信号路径。

        C语言：主要优化CPU和内存资源的使用，不涉及硬件资源的优化。

7、硬件描述和规范：

        Verilog：用于描述硬件的物理结构和行为，是硬件设计的蓝图。

        C语言：用于编写软件程序，不描述硬件结构。

8、信号完整性和电源管理：

        Verilog：可以在设计阶段考虑信号完整性和电源管理问题。

        C语言：这些问题通常在软件层面上不被考虑。

9、硬件调试和测试：

        Verilog：提供了工具和方法来调试和测试硬件设计。

        C语言：提供了软件调试和测试的工具和方法。

10、硬件接口和协议：

        Verilog：可以定义和实现硬件接口和通信协议，如SPI、I2C。

        C语言：可以编写软件来实现这些协议，但无法定义硬件层面的接口。

通过这些方面的了解，相信带着同样困惑的你也知道了Verilog的良苦用心了。

如果觉得对你有点帮助的话，可不可以要一个小小的点赞呢？