Verilog HDL程序設(shè)計(jì)教程（第2版）

目　　錄
第 1章　Verilog HDL入門(mén) 1
1.1  Verilog HDL的發(fā)展簡(jiǎn)史 1
1.2  Verilog HDL描述的層級(jí)和方式 2
1.3  Verilog設(shè)計(jì)的目標(biāo)器件 3
1.4  Verilog設(shè)計(jì)的流程 4
1.4.1  設(shè)計(jì)輸入 4
1.4.2  綜合 5
1.4.3  布局布線(xiàn) 5
1.4.4  時(shí)序分析 5
1.4.5  功能仿真與時(shí)序仿真 6
1.4.6  編程與配置 6
1.5  Verilog HDL的文字規(guī)則 6
1.5.1  詞法 6
1.5.2  空白符 7
1.5.3  注釋 7
1.5.4  操作符 7
1.5.5  字符串 7
1.5.6  關(guān)鍵字 9
1.6  數(shù)字 9
1.6.1  整數(shù) 9
1.6.2  實(shí)數(shù) 10
1.6.3  數(shù)的轉(zhuǎn)換 11
1.7  標(biāo)識(shí)符 11
練習(xí)  13
第 2章　數(shù)據(jù)類(lèi)型 14
2.1  值集合 14
2.2  net數(shù)據(jù)類(lèi)型 14
2.2.1  wire型與tri型 15
2.2.2  其他net類(lèi)型 16
2.3  variable數(shù)據(jù)類(lèi)型 17
2.3.1  reg型 17
2.3.2  integer型與time型 18
2.3.3  real型與realtime型 19
2.4  向量 19
2.5  數(shù)組 20
2.5.1  數(shù)組簡(jiǎn)介 20
2.5.2  存儲(chǔ)器 20
2.5.3  數(shù)組的賦值 20
2.6  參數(shù) 21
2.6.1  parameter參數(shù) 21
2.6.2  localparam參數(shù) 23
2.6.3  specparam參數(shù) 24
2.6.4  參數(shù)值修改 24
練習(xí)  25
第3章　表達(dá)式 26
3.1  操作符 26
3.1.1  算術(shù)操作符 26
3.1.2  關(guān)系操作符 28
3.1.3  等式操作符 28
3.1.4  邏輯操作符 29
3.1.5  位操作符 29
3.1.6  縮減操作符 31
3.1.7  移位操作符 31
3.1.8  指數(shù)操作符 33
3.1.9  條件操作符 33
3.1.10  拼接操作符 33
3.1.11  操作符的優(yōu)先級(jí) 34
3.2  操作數(shù) 35
3.2.1  整數(shù) 35
3.2.2  位選和段選 35
3.2.3  數(shù)組 37
3.2.4  字符串 38
3.3  表達(dá)式的符號(hào) 38
3.4  表達(dá)式的位寬 41
3.4.1  表達(dá)式位寬的規(guī)則 41
3.4.2  表達(dá)式位寬示例 41
3.5  賦值和截?cái)?44
練習(xí)  45
第4章　門(mén)級(jí)和開(kāi)關(guān)級(jí)建模 46
4.1  Verilog HDL門(mén)元件 46
4.2  門(mén)元件的例化 49
4.2.1  門(mén)元件的例化簡(jiǎn)介 49
4.2.2  門(mén)延時(shí) 50
4.2.3  驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度 52
4.3  開(kāi)關(guān)級(jí)元件 54
4.3.1  MOS開(kāi)關(guān) 54
4.3.2  雙向?qū)ㄩ_(kāi)關(guān) 55
4.4  門(mén)級(jí)結(jié)構(gòu)建模 56
4.5  用戶(hù)自定義元件 57
4.6  組合邏輯UDP元件 58
4.7  時(shí)序邏輯UDP元件 59
4.7.1  電平敏感時(shí)序UDP元件 59
4.7.2  邊沿敏感時(shí)序UDP元件 60
4.7.3  電平敏感和邊沿敏感行為的
混合描述 60
4.8  時(shí)序UDP元件的初始化和例化 61
4.8.1  時(shí)序UDP元件的初始化 61
4.8.2  時(shí)序UDP元件的例化 62
練習(xí)  63
第5章　數(shù)據(jù)流建模 64
5.1  連續(xù)賦值 64
5.1.1  net型變量聲明時(shí)賦值 65
5.1.2  賦值延時(shí)和線(xiàn)網(wǎng)延時(shí) 66
5.1.3  驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度 66
5.2  數(shù)據(jù)流建模 67
5.3  加法器和減法器 69
5.4  格雷碼與二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換 73
5.5  三態(tài)邏輯設(shè)計(jì) 75
練習(xí)  77
第6章　行為級(jí)建模 78
6.1  行為級(jí)建模概述 78
6.1.1  always過(guò)程 79
6.1.2  initial過(guò)程 80
6.2  過(guò)程時(shí)序控制 81
6.2.1  延時(shí)控制 81
6.2.2  事件控制 81
6.3  過(guò)程賦值 83
6.3.1  variable型變量聲明時(shí)賦值 84
6.3.2  阻塞過(guò)程賦值 84
6.3.3  非阻塞過(guò)程賦值 84
6.3.4  阻塞過(guò)程賦值與非阻塞過(guò)程
賦值的區(qū)別 85
6.4  過(guò)程連續(xù)賦值 87
6.4.1  assign和deassign 87
6.4.2  force和release 88
6.5  塊語(yǔ)句 89
6.5.1  串行塊begin-end 89
6.5.2  并行塊fork-join 90
6.5.3  塊命名 90
6.6  條件語(yǔ)句 92
6.6.1  if-else語(yǔ)句 92
6.6.2  case語(yǔ)句 94
6.6.3  casez與casex語(yǔ)句 97
6.7  循環(huán)語(yǔ)句 98
6.7.1  for語(yǔ)句 98
6.7.2  repeat、while和forever
語(yǔ)句 99
練習(xí)  101
第7章　層次結(jié)構(gòu) 103
7.1  模塊和模塊例化 103
7.2  帶參數(shù)模塊例化與參數(shù)傳遞 105
7.2.1  帶參數(shù)模塊例化 105
7.2.2  用parameter進(jìn)行參數(shù)
傳遞 106
7.2.3  用defparam進(jìn)行參數(shù)
重載 108
7.3  層次路徑名 109
7.4  generate生成語(yǔ)句 110
7.4.1  generate、for生成語(yǔ)句 110
7.4.2  generate、if生成語(yǔ)句 113
7.4.3  generate、case生成語(yǔ)句 113
7.5  屬性 115
練習(xí)  117
第8章　任務(wù)與函數(shù) 118
8.1  任務(wù) 118
8.1.1  任務(wù)的定義和調(diào)用 118
8.1.2  任務(wù)示例 119
8.2  函數(shù) 122
8.2.1  函數(shù)簡(jiǎn)介 122
8.2.2  任務(wù)和函數(shù)的區(qū)別 125
8.3  automatic任務(wù)和函數(shù) 125
8.3.1  automatic任務(wù) 126
8.3.2  automatic函數(shù) 127
8.4  系統(tǒng)任務(wù)與系統(tǒng)函數(shù) 128
8.5  顯示類(lèi)任務(wù) 129
8.5.1  $display與$write 129
8.5.2  $strobe與$monitor 131
8.6  文件操作類(lèi)任務(wù) 132
8.6.1  $fopen與$fclose 132
8.6.2  $fgetc與$fgets 133
8.6.3  $readmemh與$readmemb 135
8.7  控制和時(shí)間類(lèi)任務(wù) 135
8.7.1  $finish與$stop 135
8.7.2  $time、$stime與$realtime 137
8.7.3  $printtimescale與
$timeformat 137
8.7.4  $signed與$unsigned 139
8.8  隨機(jī)數(shù)及概率分布系統(tǒng)函數(shù) 140
8.8.1  $random 140
8.8.2  概率分布系統(tǒng)函數(shù) 141
8.9  編譯指令 142
8.9.1  'timescale 143
8.9.2  'define和'undef 144
8.9.3  'ifdef、'else、'elsif、
'endif和'ifndef 145
8.9.4  'include 147
8.9.5  'default_nettype 147
8.9.6  其他編譯指令 148
練習(xí)  149
第9章　Test Bench測(cè)試與時(shí)序檢查 150
9.1  Test Bench測(cè)試 150
9.1.1  Test Bench 150
9.1.2  產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)和激勵(lì)
信號(hào) 151
9.1.3  產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 152
9.1.4  讀寫(xiě)文件 152
9.1.5  顯示結(jié)果 154
9.2  測(cè)試示例 154
9.3  Verilog中的延時(shí)定義 158
9.3.1  specify塊 158
9.3.2  模塊路徑 159
9.3.3  路徑延時(shí)和分布延時(shí)
混合 161
9.4  時(shí)序檢查 162
9.4.1  $setup和$hold 162
9.4.2  $width和$period 163
9.5  SDF文件 164
練習(xí)  165
第 10章　Verilog設(shè)計(jì)進(jìn)階 166
10.1  面向綜合的設(shè)計(jì) 166
10.2  加法器設(shè)計(jì) 168
10.2.1  行波進(jìn)位加法器 169
10.2.2  超前進(jìn)位加法器 170
10.3  乘法器設(shè)計(jì) 173
10.3.1  用乘法操作符實(shí)現(xiàn) 173
10.3.2  用布斯乘法器實(shí)現(xiàn) 174
10.3.3  查找表乘法器 177
10.4  有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算 182
10.4.1  有符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算 182
10.4.2  有符號(hào)數(shù)的乘法運(yùn)算 183
10.4.3  絕對(duì)值運(yùn)算 184
10.5  ROM 185
10.5.1  用數(shù)組例化存儲(chǔ)器 186
10.5.2  通過(guò)例化lpm_rom實(shí)現(xiàn)
存儲(chǔ)器 188
10.6  RAM 189
10.6.1  單口RAM 190
10.6.2  異步FIFO緩存器 191
10.7  流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 195
10.8  資源共享 199
練習(xí)  201
第 11章　Verilog有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì) 202
11.1  引言 202
11.2  有限狀態(tài)機(jī)的Verilog描述 203
11.2.1  三段式狀態(tài)機(jī)描述 203
11.2.2  兩段式狀態(tài)機(jī)描述 205
11.2.3  單段式狀態(tài)機(jī)描述 205
11.3  狀態(tài)編碼 207
11.3.1  常用的狀態(tài)編碼方式 207
11.3.2  狀態(tài)編碼的定義 208
11.3.3  用屬性指定狀態(tài)編碼
方式 211
11.4  用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)除法器 212
11.5  用有限狀態(tài)機(jī)控制流水燈 215
11.6  用狀態(tài)機(jī)控制字符液晶顯示器 216
練習(xí)  223
第 12章　Verilog HDL驅(qū)動(dòng)I/O外設(shè) 225
12.1  標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤(pán) 225
12.2  4×4矩陣鍵盤(pán) 230
12.3  漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊 234
12.3.1  LCD12864B漢字圖形點(diǎn)陣
  液晶顯示模塊 234
12.3.2  漢字圖形點(diǎn)陣液晶靜態(tài)
  顯示 235
12.3.3  漢字圖形點(diǎn)陣液晶動(dòng)態(tài)
  顯示 237
12.4  VGA顯示器 238
12.4.1  VGA顯示原理與時(shí)序 238
12.4.2  VGA彩條信號(hào)發(fā)生器 241
12.4.3  VGA圖像顯示 244
12.5  TFT液晶屏 248
12.5.1  TFT液晶屏 248
12.5.2  TFT液晶屏顯示彩色
  圓環(huán) 251
12.5.3  TFT液晶屏顯示動(dòng)態(tài)
  矩形 255
12.6  音符、樂(lè)曲演奏 256
12.6.1  音符演奏 256
12.6.2  樂(lè)曲演奏 261
練習(xí)  265
第 13章　Verilog信號(hào)處理實(shí)例 267
13.1  超聲波測(cè)距 267
13.2  整數(shù)開(kāi)方運(yùn)算 272
13.3  FIR濾波器 275
13.3.1  FIR濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì) 276
13.3.2  FIR濾波器的FPGA
  實(shí)現(xiàn) 280
13.4  Cordic算法及實(shí)現(xiàn) 283
13.4.1  Cordic算法 284
13.4.2  Cordic算法的Verilog
  實(shí)現(xiàn) 286
練習(xí)  292
附錄　Verilog HDL關(guān)鍵字 293