verilog 初始化_Verilog中的信号

本文探讨了Verilog语言中关于信号的初始化及其在实际设计中的应用,通过实例解析Verilog如何进行有效的初始化操作,适合FPGA设计人员参考。

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Verilog中,电路里面的一个信号就代表一个特定类型的线网(net)或变量。这里线网指的两个或更多电路结点的相互连接。
      一个线网或变量的声明格式如下:
      type [range] signal_name{,signal_name};
      方括号中range(范围)是可选的,如果没有指定范围,默认情况下表示该信号是标量,是只有一位的单位信号。大括号中表示允许加入的条目,也就是说一个在一行里面可以声明多个线网或变量。
      范围表示为[Ra:Rb]的形式,它定义了矢量信号的范围。范围[Ra:Rb]可以增大或减小。在任何情况下,Ra都表示一个矢量信号的最高有效位(最左边),Rb表示一个矢量信号的最低有效位(最右边)。Ra和Rb可以是正整数和负整数。
比如:
   wire [7:0] x1,x2;
   wire [3:1] Array;
   reg y1,y2;   //y1和y2没有指定范围,只有一位。
标识符
      在verilog中,线网或变量名字是通过标识符来表示的。标识符是由一些字母,数字,下划线或美元符号组成。但必须注意两点:标识符不能以数字开头,也不能使用verilog中的关键字。Verilog标识符中也可以出现转义字符,比如 \abc,如果用转义字符,则可以用特殊字符,比如\*cd,但是通常写代码过程中,不要用转义字符来定义变量,这种转义字符通常是其它语言用工具翻译成verilog语言时自动插入的。另外注意的一点就是verilog是区分大小写的,m和M是两个不同的变量。
合法的标识符:
f, x, x1, x_y, Byte
非法的标识符:
1x, 100, x*y,default(verilog关键字)
      Verilog中一些系统任务或函数以开头,比如display, fopen,monitor等等。Verilog中还定义一些编译指示,以`开头,比如:`timescale 1ns/1ns,定义时间单位和时间精度。
信号的值
Verilog支持单位信号表示的标量(一位信号)或者矢量(多位信号),每个单位信号有四种可能的值:0,1,z(或者Z),x(或者X)。
0, 逻辑值0
1, 逻辑值1,
在正逻辑系统中,逻辑值0表示低电平,逻辑值1表示高电平。负逻辑系统中正好相反。在教程中,我们总是用正逻辑系统。
clip_image002
      我们用阈值电压来表示电平的逻辑值。在上图中,最低电压为 Vss,表示接地。VDD表示最高电压,表示接电源,通常电源在5v到1v之间。VDD~V1,min之间的范围对应逻辑值1,V0,max~Vss之间的范围对应逻辑值0。典型的V1,min 是60%Vdd,V0,max是40%Vdd
    X, 通常表示多驱动值的冲突,为未初始化的值或者两个反相信号(如0和1)的短接。Verilog中线网和变量的初始值都为X。
clip_image002[6]
Z, 通常表示未驱动的高阻值,此时在电源和地之间没有电流流动。比如在三态门中,E=0,则输出为Z。
clip_image002[8]
Verilog中的数字
信号值如果为标量,则为一位的0,1,x或z。例如:
a = 1’b0; b = 1’b1;
c = x; d = z;
      对于矢量,通常表示为:[size]’[radix]constant, 标量也可以当作size=1的矢量。其中size表示常数的位数,radix为常数的基数。如果没有指定基数,则默认为十进制。Verilog支持的基数有:d(十进制),b(二进制),h(十六进制),o(八进制)。如果定义的位数大于所需要的位数时,通常在前面补0,但是如果最高位是x或z时候,就用x和z来填充。在常量表示中间,可以任意插入下划线,把数字隔开,以方便阅读。可以在基数前面加s(或者S)以表示这是一个有符号数,若未指定一个整数的进制类型,则默认是有符号数,若指定了进制类型,仅当基数前有s,则其为有符号数,否则为无符号数。对于有符号数,如果定义的位数大于所需要的位数时,前面补最高有效位(MSB),如下表中的8’sha9。
下面是一些实例:
数字表示
二进制
注释
reg [31:0] a = 8'sha9
‘11111111111111111111111110101001
8位有符号数,所以进行MSB位扩展,
reg [31:0] b = 4'd5
’00000000000000000000000000000101
4位无符号数,高位补0
reg [31:0] c = 12'h5b_3
‘00000000000000000000010110110011
忽略下划线,12位的无符号数,高位补0
reg [31:0] d = -8'b101
’11111111111111111111111111111011
负数转为补码表示,MSB位扩展到32位
reg [31:0] e= 10'o752
‘00000000000000000000000111101010
8进制无符号数,高位补0
reg [31:0] f = 8'hf
’00000000000000000000000000001111
16进制无符号数,高位补0
reg [31:0] g = 12'hxa
‘00000000000000000000xxxxxxxx1010
左边补x直到12位,然后高位补0
reg [31:0] h = -8'sha9
’00000000000000000000000001010111
补码表示负数,扩展MSB位,
reg [31:0] i = 8'ha9
‘00000000000000000000000010101001
无符号数,高位补0
reg [31:0] j = -4'sha
’00000000000000000000000000000110
补码表示负数,扩展MSB位。
实现这些实例的verilog代码为:
复制代码
`timescale 1ns/1ns
module verilogdisnum;
  reg [31:0] a = 8'sha9;
  initial $displayb("a=",a);
  reg [31:0] b = 4'd5;
  initial $displayb("b=",b);
  reg [31:0] c = 4'h5b_3;
  initial $displayb("c=",c);
  reg [31:0] d = -8'b101;
  initial $displayb("d=",d);
  reg [31:0] e= 10'o752;
  initial $displayb("e=",e);
  reg [31:0] f = 8'hf;
  initial $displayb("f=",f);
  reg [31:0] g = 12'hxa;
  initial $displayb("g=",g);
  reg [31:0] h = -8'sha9;
  initial $displayb("h=",h);
  reg [31:0] i = 8'ha9;
  initial $displayb("i=",i);
  reg [31:0] j = -4'sha;
  initial  $displayb("j=",j);
endmodule

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