• 【Verilog教程】2.5编译指令


    以反引号 ` 开始的某些标识符是 Verilog 系统编译指令。

    编译指令为 Verilog 代码的撰写、编译、调试等提供了极大的便利。

    下面介绍下完整的 8 种编译指令,其中前 4 种使用频率较高。

    define, undef
    在编译阶段,`define 用于文本替换,类似于 C 语言中的 #define。

    一旦 `define 指令被编译,其在整个编译过程中都会有效。例如,在一个文件中定义:

    `define    DATA_DW     32
    
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    则在另一个文件中也可以直接使用 DATA_DW。

    `define    S     $stop;   
    //用`S来代替系统函数$stop; (包括分号)
    `define    WORD_DEF   reg [31:0]       
    //可以用`WORD_DEF来声明32bit寄存器变量
    
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    `undef 用来取消之前的宏定义,例如:

    `define    DATA_DW     32
    ……
    reg  [DATA_DW-1:0]    data_in   ;
    ……
    `undef DATA_DW
    
    `ifdef, `ifndef, `elsif, `else, `endif
    
    
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    这些属于条件编译指令。例如下面的例子中,如果定义了 MCU51,则使用第一种参数说明;如果没有定义 MCU、定义了 WINDOW,则使用第二种参数说明;如果 2 个都没有定义,则使用第三种参数说明。

    `ifdef       MCU51
        parameter DATA_DW = 8   ;
    `elsif       WINDOW
        parameter DATA_DW = 64  ;
    `else
        parameter DATA_DW = 32  ;
    `endif
    
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    elsif, else 编译指令对于 ifdef 指令是可选的,即可以只有 ifdef 和 `endif 组成一次条件编译指令块。

    当然,也可用 `ifndef 来设置条件编译,表示如果没有相关的宏定义,则执行相关语句。

    下面例子中,如果定义了 WINDOW,则使用第二种参数说明。如果没有定义 WINDOW,则使用第一种参数说明。

    `ifndef     WINDOW
        parameter DATA_DW = 32 ;  
     `else
        parameter DATA_DW = 64 ;
     `endif
    
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    include 使用 include 可以在编译时将一个 Verilog 文件内嵌到另一个 Verilog 文件中,作用类似于 C 语言中的 #include 结构。该指令通常用于将全局或公用的头文件包含在设计文件里。

    文件路径既可以使用相对路径,也可以使用绝对路径。

    `include         "../../param.v"
    `include         "header.v"
    
    
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    timescale 在 Verilog 模型中,时延有具体的单位时间表述,并用 timescale 编译指令将时间单位与实际时间相关联。

    该指令用于定义时延、仿真的单位和精度,格式为:

    `timescale      time_unit / time_precision
    
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    time_unit 表示时间单位,time_precision 表示时间精度,它们均是由数字以及单位 s(秒),ms(毫秒),us(微妙),ns(纳秒),ps(皮秒)和 fs(飞秒)组成。时间精度可以和时间单位一样,但是时间精度大小不能超过时间单位大小,例如下面例子中,输出端 Z 会延迟 5.21ns 输出 A&B 的结果。

    `timescale 1ns/100ps    //时间单位为1ns,精度为100ps,合法
    //`timescale 100ps/1ns  //不合法
    module AndFunc(Z, A, B);
        output Z;
        input A, B ;
        assign #5.207 Z = A & B
    endmodule
    
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    在编译过程中,timescale 指令会影响后面所有模块中的时延值,直至遇到另一个 timescale 指令或 `resetall 指令。

    由于在 Verilog 中没有默认的 timescale,如果没有指定 timescale,Verilog 模块就有会继承前面编译模块的 `timescale 参数。有可能导致设计出错。

    如果一个设计中的多个模块都带有 `timescale 时,模拟器总是定位在所有模块的最小时延精度上,并且所有时延都相应地换算为最小时延精度,时延单位并不受影响。例如:

    `timescale 10ns/1ns      
    module test;
        reg        A, B ;
        wire       OUTZ ;
     
        initial begin
            A     = 1;
            B     = 0;
            # 1.28    B = 1;
            # 3.1     A = 0;
        end
     
        AndFunc        u_and(OUTZ, A, B) ;
    endmodule
    
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    在模块 AndFunc 中,5.207 对应 5.21ns。

    在模块 test 中,1.28 对应 13ns,3.1 对应 31ns。

    但是,当仿真 test 时,由于 AndFunc 中的最小精度为 100ps,因此 test 中的时延精度将进行重新调整。13ns 将对应 130100ps,31ns 将对应 310100ps。仿真时,时延精度也会使用 100ps。仿真时间单位大小没有影响。

    如果有并行子模块,子模块间的 `timescale 并不会相互影响。

    例如在模块 test 中再例化一个子模块 OrFunc。仿真 test 时,OrFunc 中的 #5.207 延时依然对应 52ns。

    //子模块:
    `timescale 10ns/1ns      //时间单位为1ns,精度为100ps,合法
    module OrFunc(Z, A, B);
        output Z;
        input A, B ;
        assign #5.207 Z = A | B
    endmodule
     
    //顶层模块:
    `timescale 10ns/1ns      
    module test;
        reg        A, B ;
        wire       OUTZ ;
        wire       OUTX ;
     
        initial begin
            A     = 1;
            B     = 0;
            # 1.28    B = 1;
            # 3.1     A = 0;
        end
     
        AndFunc        u_and(OUTZ, A, B) ;
        OrFunc         u_and(OUTX, A, B) ;
     
    endmodule
    
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    此例中,仿真 test 时,OrFunc 中的 #5.207 延时依然对应 52ns。

    `timescale 的时间精度设置是会影响仿真时间的。时间精度越小,仿真时占用内存越多,实际使用的仿真时间就越长。所以如果没有必要,应尽量将时间精度设置的大一些。

    `default_nettype
    该指令用于为隐式的线网变量指定为线网类型,即将没有被声明的连线定义为线网类型。

    `default_nettype wand 
    
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    该实例定义的缺省的线网为线与类型。因此,如果在此指令后面的任何模块中的连线没有说明,那么该线网被假定为线与类型。
    `default_nettype none

    `default_nettype none
    
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    该实例定义后,将不再自动产生 wire 型变量。

    例如下面第一种写法编译时不会报 Error,第二种写法编译将不会通过。

    //Z1 无定义就使用,系统默认Z1为wire型变量,有 Warning 无 Error
    module test_and(
            input      A,
            input      B,
            output     Z);
        assign Z1 = A & B ;  
    endmodule
    
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    //Z1无定义就使用,由于编译指令的存在,系统会报Error,从而检查出书写错误
    `default_nettype none
    module test_and(
            input      A,
            input      B,
            output     Z);
        assign Z1 = A & B ;  
    endmodule
    
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    `resetall
    该编译器指令将所有的编译指令重新设置为缺省值。

    `resetall 可以使得缺省连线类型为线网类型。

    resetall 加到模块最后时,可以将当前的 timescale 取消防止进一步传递,只保证当前的 timescale 在局部有效,避免 timescale 的错误继承。

    celldefine, endcelldefine
    这两个程序指令用于将模块标记为单元模块,他们包含模块的定义。例如一些与、或、非门,一些 PLL 单元,PAD 模型,以及一些 Analog IP 等。

    `celldefine
    module (
        input      clk,
        input      rst,
        output     clk_pll,
        output     flag);
            ……
    endmodule
    `endcelldefine
    
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    unconnected_drive, nounconnected_drive
    在模块实例化中,出现在这两个编译指令间的任何未连接的输入端口,为正偏电路状态或者为反偏电路状态。

    `unconnected_drive pull1
    . . .
     / *在这两个程序指令间的所有未连接的输入端口为正偏电路状态(连接到高电平) * /
    `nounconnected_drive
    
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    `unconnected_drive pull0
    . . .
     / *在这两个程序指令间的所有未连接的输入端口为反偏电路状态(连接到低电平) * /
    `nounconnected_drive 
     
    
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