目录

  1. Verilog 模块概述
  2. Verilog 模块的结构与定义
  3. Verilog 端口的定义与使用
  4. 模块实例化
  5. 实例分析
  6. 参考资料

Verilog 模块概述

在 Verilog 中，模块（Module）是设计的基本单元，是 Verilog 描述的核心。模块类似于硬件中的一个功能单元，它封装了功能和接口（端口）。模块可以包含内部的逻辑和其他子模块，用来实现硬件电路的设计。

模块通过端口（Ports）与外部世界进行交互，端口是模块输入输出信号的接口。每个模块都可以有多个输入、输出或双向端口，它们的作用是传递信号或控制数据流。

模块是Verilog设计的基本构建块。它有助于分层设计，确保设计的可复用性和可维护性。

Verilog 模块的结构与定义

Verilog 模块的基本结构包括以下几个部分：

  1. 模块声明：定义模块的名称和端口。
  2. 端口定义：定义模块与外部交互的输入输出信号。
  3. 模块体：模块的内部逻辑，描述模块内部的功能。
  4. 模块实例化：在其他模块中实例化该模块。

基本语法：

module <module_name> (
    input [<size>:0] input_name,  // 输入端口
    output [<size>:0] output_name // 输出端口
);
    // 内部逻辑
endmodule
  • <module_name>：模块的名称。
  • <size>：端口的位宽（可以是 1 位、8 位、32 位等）。
  • input_name：输入端口的名称。
  • output_name：输出端口的名称。

Verilog 端口的定义与使用

端口用于连接模块的输入、输出和双向信号。端口的类型包括：

  1. 输入端口（input）：用于接收来自外部模块或系统的信号。
  2. 输出端口（output）：用于将信号传递给外部模块或系统。
  3. 双向端口（inout）：既可以接收外部信号，也可以输出信号。常用于模拟三态总线或其他双向通信的接口。

端口类型：

  1. 输入端口（input）：
    • 主要用于接收信号或数据。
    • 语法：input [<size>:0] input_name;
    • 示例： input a, b; // 1 位输入端口
  2. 输出端口（output）：
    • 主要用于将信号或数据输出到其他模块。
    • 语法：output [<size>:0] output_name;
    • 示例： output y; // 1 位输出端口
  3. 双向端口（inout）：
    • 既可以作为输入端口也可以作为输出端口。
    • 常用于模拟三态总线或双向通信。
    • 语法：inout [<size>:0] inout_name;
    • 示例： inout bus; // 双向端口

端口位宽

端口可以是一个单比特信号，也可以是多比特信号（例如 8 位、32 位）。对于多比特信号，通常定义为位宽的范围。

input [7:0] data_in;  // 8 位输入端口
output [15:0] data_out;  // 16 位输出端口

模块实例化

在 Verilog 中，模块实例化是指在一个模块中引用或“调用”另一个模块。通过实例化模块，可以构建复杂的系统，将较小的功能模块组合起来。

语法：

<module_name> <instance_name> (
    .<port_name1>(<signal_name1>),
    .<port_name2>(<signal_name2>)
);
  • <module_name>：要实例化的模块的名称。
  • <instance_name>：实例化模块的名称（实例名）。
  • .port_name：模块的端口名称。
  • <signal_name>：外部信号或连接到该端口的信号。

示例：

module top_module(
    input a,
    input b,
    output y
);
    // 实例化子模块
    and_gate u1 (
        .a(a),
        .b(b),
        .y(y)
    );
endmodule

module and_gate (
    input a,
    input b,
    output y
);
    assign y = a & b;  // AND 操作
endmodule

在这个示例中，top_module 模块实例化了一个名为 and_gate 的子模块，并通过端口连接了输入输出信号。

实例分析

示例 1：简单的与门模块

module and_gate(input a, input b, output y);
    assign y = a & b;  // 与操作
endmodule

在这个例子中，and_gate 是一个简单的模块，它有两个输入端口 a 和 b，一个输出端口 y。模块内部实现了 a 和 b 的与操作，并将结果赋值给 y。

示例 2：模块实例化与组合逻辑

module top_module(input a, input b, output y);
    and_gate u1 (
        .a(a),
        .b(b),
        .y(y)
    );
endmodule

module and_gate(input a, input b, output y);
    assign y = a & b;  // 与操作
endmodule

在这个例子中，top_module 模块实例化了 and_gate 子模块，并连接了输入输出信号。a 和 b 被传递到子模块中，并通过子模块的端口输出 y。

参考资料