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1.1 什么是Verilog HDL？
Verilog HDL是一種硬件描述語言，用于從算法級、門級到開關(guān)級的多種抽象設(shè)計層次的
數(shù)字系統(tǒng)建模。被建模的數(shù)字系統(tǒng)對象的復(fù)雜性可以介于簡單的門和完整的電子數(shù)字系統(tǒng)之
間。數(shù)字系統(tǒng)能夠按層次描述，并可在相同描述中顯式地進行時序建模。
Verilog HDL 語言具有下述描述能力：設(shè)計的行為特性、設(shè)計的數(shù)據(jù)流特性、設(shè)計的結(jié)構(gòu)
組成以及包含響應(yīng)監(jiān)控和設(shè)計驗證方面的時延和波形產(chǎn)生機制。所有這些都使用同一種建模
語言。此外， Verilog HDL語言提供了編程語言接口，通過該接口可以在模擬、驗證期間從設(shè)
計外部訪問設(shè)計，包括模擬的具體控制和運行。
Verilog HDL語言不僅定義了語法，而且對每個語法結(jié)構(gòu)都定義了清晰的模擬、仿真語義。
因此，用這種語言編寫的模型能夠使用Ve r i l o g仿真器進行驗證。語言從C編程語言中繼承了多
種操作符和結(jié)構(gòu)。Verilog HDL提供了擴展的建模能力，其中許多擴展最初很難理解。但是，
Verilog HDL語言的核心子集非常易于學(xué)習(xí)和使用，這對大多數(shù)建模應(yīng)用來說已經(jīng)足夠。當(dāng)然,
完整的硬件描述語言足以對從最復(fù)雜的芯片到完整的電子系統(tǒng)進行描述。
1.2 歷史
Verilog HDL語言最初是于1 9 8 3年由Gateway Design Automation 公司為其模擬器產(chǎn)品開
發(fā)的硬件建模語言。那時它只是一種專用語言。由于他們的模擬、仿真器產(chǎn)品的廣泛使用，
Verilog HDL 作為一種便于使用且實用的語言逐漸為眾多設(shè)計者所接受。在一次努力增加語言
普及性的活動中， Verilog HDL語言于1 9 9 0年被推向公眾領(lǐng)域。Open Verilog International
（O V I）是促進Ve r i l o g發(fā)展的國際性組織。1 9 9 2年， O V I決定致力于推廣Verilog OVI標(biāo)準(zhǔn)成為
I E E E標(biāo)準(zhǔn)。這一努力最后獲得成功， Verilog 語言于1 9 9 5年成為I E E E標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE Std
1 3 6 4－1 9 9 5。完整的標(biāo)準(zhǔn)在Ve r i l o g硬件描述語言參考手冊中有詳細描述。
1.3 主要能力
下面列出的是Ve r i l o g硬件描述語言的主要能力：
• 基本邏輯門，例如a n d、o r和n a n d等都內(nèi)置在語言中。
• 用戶定義原語（ U D P）創(chuàng)建的靈活性。用戶定義的原語既可以是組合邏輯原語，也可以
是時序邏輯原語。
• 開關(guān)級基本結(jié)構(gòu)模型，例如p m o s 和n m o s等也被內(nèi)置在語言中。
Gateway Design Automation公司后來被Cadence Design Systems公司收購。
• 提供顯式語言結(jié)構(gòu)指定設(shè)計中的端口到端口的時延及路徑時延和設(shè)計的時序檢查。
• 可采用三種不同方式或混合方式對設(shè)計建模。這些方式包括：行為描述方式—使用過
程化結(jié)構(gòu)建模；數(shù)據(jù)流方式—使用連續(xù)賦值語句方式建模；結(jié)構(gòu)化方式—使用門和
模塊實例語句描述建模。
• Verilog HDL中有兩類數(shù)據(jù)類型：線網(wǎng)數(shù)據(jù)類型和寄存器數(shù)據(jù)類型。線網(wǎng)類型表示構(gòu)件
間的物理連線，而寄存器類型表示抽象的數(shù)據(jù)存儲元件。
• 能夠描述層次設(shè)計，可使用模塊實例結(jié)構(gòu)描述任何層次。
• 設(shè)計的規(guī)模可以是任意的；語言不對設(shè)計的規(guī)模（大小）施加任何限制。
• Verilog HDL不再是某些公司的專有語言而是I E E E標(biāo)準(zhǔn)。
• 人和機器都可閱讀Verilog 語言，因此它可作為E D A的工具和設(shè)計者之間的交互語
言。
• Verilog HDL語言的描述能力能夠通過使用編程語言接口（ P L I）機制進一步擴展。P L I
是允許外部函數(shù)訪問Verilog 模塊內(nèi)信息、允許設(shè)計者與模擬器交互的例程集合。
• 設(shè)計能夠在多個層次上加以描述，從開關(guān)級、門級、寄存器傳送級（ RT L）到算法級，
包括進程和隊列級。
• 能夠使用內(nèi)置開關(guān)級原語在開關(guān)級對設(shè)計完整建模。
• 同一語言可用于生成模擬激勵和指定測試的驗證約束條件，例如輸入值的指定。
• Verilog HDL 能夠監(jiān)控模擬驗證的執(zhí)行，即模擬驗證執(zhí)行過程中設(shè)計的值能夠被監(jiān)控和
顯示。這些值也能夠用于與期望值比較，在不匹配的情況下，打印報告消息。
• 在行為級描述中， Verilog HDL不僅能夠在RT L級上進行設(shè)計描述，而且能夠在體系結(jié)
構(gòu)級描述及其算法級行為上進行設(shè)計描述。
• 能夠使用門和模塊實例化語句在結(jié)構(gòu)級進行結(jié)構(gòu)描述。
• 圖1 - 1顯示了Verilog HDL 的混合方式建
模能力，即在一個設(shè)計中每個模塊均可
以在不同設(shè)計層次上建模。
• Verilog HDL 還具有內(nèi)置邏輯函數(shù)，例
如&（按位與）和|（按位或）。
• 對高級編程語言結(jié)構(gòu)，例如條件語句、
情況語句和循環(huán)語句，語言中都可以使
用。
• 可以顯式地對并發(fā)和定時進行建模。
• 提供強有力的文件讀寫能力。
• 語言在特定情況下是非確定性的，即在不同的模擬器上模型可以產(chǎn)生不同的結(jié)果；例如，
事件隊列上的事件順序在標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義。
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