淺談Verilog-95、Verilog-2001與System Verilog之間的區(qū)別

發(fā)展歷史

1984年，Verilog開始作為一種專用的硬件建模語(yǔ)言使用，取得了相當(dāng)大的成功。1990年，Cadence Design Systems公司將該語(yǔ)言面向公眾開放，作為試圖與VHDL相抗衡的競(jìng)爭(zhēng)手段的一部分。1995年，Verilog成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)1364-1995，也就是所謂的Verilog-95。

Verilog-95以后不斷演變，2001年成為IEEE的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1364-2001，即所謂的Verilog-2001。與過去的標(biāo)準(zhǔn)相比，它包含了很多擴(kuò)展，克服了原來標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)，并引入了一些新的語(yǔ)言特征。2005年，IEEE發(fā)布了1364-2005標(biāo)準(zhǔn)，稱為Verilog 2005。它修改了一些規(guī)范，并具有一些新的語(yǔ)言特征。

IEEE發(fā)布了一些System Verilog的標(biāo)準(zhǔn)。最新的標(biāo)準(zhǔn)是1800-2009，是在2009年發(fā)布的。System Verilog是Verilog的一個(gè)超集，旨在更好地支持設(shè)計(jì)驗(yàn)證功能，提高仿真性能，使語(yǔ)言變得更加強(qiáng)大、更易于使用。

Verilog-2001是大多數(shù)FPGA設(shè)計(jì)者主要使用的Verilog版本，得到了所有的綜合和仿真工具支持。

Verilog-2001

Xilinx 的 XST 和其他 FPGA 綜合工具都有一個(gè)選項(xiàng)， 可啟用或禁用 Verilog-2001 標(biāo)準(zhǔn)。XST 使用-Verilog2001 命令行選項(xiàng)， 而 Synplify 使用“ set_option-vlog_std v2001 ” 命令。下面簡(jiǎn)要概括了 Verilog-95 和 Verilog-2001 之間最主要的區(qū)別。

Verilog-2001 增加了對(duì)帶符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼算術(shù)運(yùn)算的支持。而在 Verilog-95 中， 開發(fā)者需要使用按位操作進(jìn)行帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算。Verilog-2001 中的相同功能可以使用內(nèi)置操作符和關(guān)鍵字進(jìn)行描述。在自動(dòng)擴(kuò)展‘bz 和’bx 賦值方面， Verilog-95 中的代碼：

wire ［63:0］ mydata = ‘bz;

將為 mydata ［31:0］分配數(shù)值 z，并為 mydata ［63:32］分配數(shù)值 0。而Verilog-2001將’bz和‘bx賦值擴(kuò)展到變量的全部寬度。generate結(jié)構(gòu)通過使用if/else/case語(yǔ)句，允許Verilog-2001控制實(shí)例和語(yǔ)句例化。通過使用generate結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者可以很容易例化具有正確連接的一組實(shí)例。以下是使用generate結(jié)構(gòu)的幾個(gè)例子。

/ / 一組實(shí)例module adder array（input ［63:0］ a，b， output ［63:0］ sum）;generategenvar ix; for （ix=0; ix《=7; ix=ix+l） begin ： adder_array adder add （a［8*ix+7 -：8］， b［8*ix+7 -：8］， sum［8*ix+7 - ：8］）; endendgenerateendmodule // adder

//arraymodule adder（input ［7:0］ a，b， output ［7:0］ sum ）; assign sum = a + b;endmodule // adder// if.。。。。。.else 語(yǔ)句module adder_array（input ［63:0］ a，b， output ［63:0］ sum）;

parameter WIDTH = 4;

generateif （WIDTH 《 64） begin ： adder_gen2 assign sum［63 -： （64-WIDTH）］ =’b0; adder # （WIDTH） adder1（a［WIDTH-1 -：WIDTH］， b［WIDTH-1 -：WIDTH］，sum［WIDTH-1 -： WIDTH］）;endelse begin:adder_default adder # （64） adder1（a， b， sum）;endendgenerateendmodule // adder_array

// case statementmodule adder_array（input ［63:0］ a，b， output ［63:0］ sum）;generatecase （WIDTH） 1： begin ： ease1 assign sum［63 -： 63］ = ‘b0; adder #（WIDTH） adder1（a［0］， b［0］， sum［0］）; end default： begin ： def adder # （64） adder1（a， b， sum）; endendcaseendgenerateendmodule // adder_array

Verilog-2001增加了對(duì)多維數(shù)組的支持。綜合工具對(duì)多維數(shù)組的綜合設(shè)置了一些限制。例如，XST支持的數(shù)組維數(shù)最多為2，不允許一次選擇多個(gè)數(shù)組元素。不能將多維數(shù)組傳遞給任務(wù)或函數(shù)。下面舉例說明如何描述一個(gè)256x16線網(wǎng)型元素的數(shù)組，寬度為4位。

wire ［3:0］ multi_dim_array ［0:255］［0:15］;

更簡(jiǎn)潔的端口說明如下所示。

/ / Verilog-95module adder（a，b，sum）; input ［7:0］ a，b; output ［7:0］ sum;assign sum = a + b;endmodule // adder

// Verilog-2001module adder（input ［7:0］ a，b， output ［7:0］ sum ）; assign sum = a + b;endmodule // adder

Verilog-2001增加了對(duì)指數(shù)或冪運(yùn)算符“**”的支持。在許多應(yīng)用中，例如用于計(jì)算存儲(chǔ)器的深度，這是非常方便的。

綜合工具支持指數(shù)時(shí)有一些限制。XST要求兩個(gè)操作數(shù)都是常數(shù)，并且第二個(gè)數(shù)為非負(fù)數(shù)。數(shù)值x和z是不允許使用的。如果第一個(gè)操作數(shù)是2，則第二個(gè)數(shù)是可變的。公眾號(hào)：OpenFPGA

下面舉例說明如何使用指數(shù)。localparam BASE = 3， EXP = 4;assign exp_out2 = BASE**EXP;

/ / 該代碼綜合為移位寄存器assign exp_out1 = 2**exp_in;

使用逗號(hào)分隔敏感信號(hào)列表。// Verilog-95always @（a or b）; sum = a + b;

/ / Verilog-2001always @（a，b）; sum=a + b;always @（*）; sum=a + b;

要求的線網(wǎng)型信號(hào)說明Verilog-95 要求所有不是端口且被連續(xù)賦值驅(qū)動(dòng)的 1 位線網(wǎng)型信號(hào)必須要說明。這一要求在 Verilog-2001 中已被刪除。

取而代之的是， Verilog-2001 標(biāo)準(zhǔn)中增加了一個(gè)新的’default_nettype 編譯器指令。如果該指令被賦值為“none“，則必須聲明所有1位線網(wǎng)型信號(hào)。公眾號(hào)：OpenFPGA

/ / Verilog-95wire sum;assign sum = a+b;

// Verilog-2001wire sum; / / 不 需 要assign sum = a + b;

‘default_nettype nonewire sum; // 必須的assign sum = a + b;

System Verilog

System Verilog標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)計(jì)為一個(gè)統(tǒng)一的硬件設(shè)計(jì)、規(guī)范和驗(yàn)證語(yǔ)言。這是一個(gè)大型標(biāo)準(zhǔn)，由幾個(gè)部分組成，包括設(shè)計(jì)規(guī)范方法、嵌入式說明語(yǔ)言、函數(shù)覆蓋、面向?qū)ο?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程及約束。System Verilog的主要目標(biāo)是建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)境，兼具VerilogVHDL和硬件驗(yàn)證語(yǔ)言的最好功能及編譯優(yōu)勢(shì)。

System Verilog將多樣化的工具和方法進(jìn)行合并，消除了軟件和硬件工程師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的隔閡，以便共享成果。System Verilog中包含幾個(gè)現(xiàn)有Verilog規(guī)范的擴(kuò)展，用于減少代碼行數(shù)，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)復(fù)用，并提高仿真性能。

同時(shí)，它還完全兼容以前的Verilog的各種版本。System Verilog得到多數(shù)商業(yè)模擬器的支持，包括ModelSim、VCS、NCSim等。System Verilog標(biāo)準(zhǔn)的可綜合部分能被Synplify和Precision綜合工具支持。設(shè)計(jì)綜合及驗(yàn)證環(huán)境經(jīng)常要使用System Verilog和Verilog語(yǔ)言編寫。

頂層模塊既在Verilog中實(shí)現(xiàn)，又在SystemVerilog中實(shí)現(xiàn)。這使得它與所有不支持System Verilog的FPGA綜合工具相兼容。該設(shè)計(jì)可以很容易地與System Verilog編寫的驗(yàn)證庫(kù)集成在一起。以下簡(jiǎn)要概述System Verilog的一些獨(dú)特功能。公眾號(hào)：OpenFPGA數(shù)據(jù)類型

2個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)類型接受數(shù)值0和1。4個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)類型接受數(shù)值0、1、z和x。System Verilog提供了創(chuàng)建信號(hào)和變量的自定義分組，這類似于C語(yǔ)言。自定義分組定義了以下功能：類型定義、枚舉類型、結(jié)構(gòu)、合并和靜態(tài)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換casting）。下面的例子中使用了幾個(gè)System Verilog的數(shù)據(jù)類型。

bit x;enum {STATE1， STATE2， STATE3} state;typedef enum{ red=0，green，yellow } Colors;integer a，b; a=green*3 // 3賦值給a b = yellow+green;struct { bit ［31:0］ characteristic; bit ［31:0］ mantissa; } float_num;float_num.characteristic = 32’h1234_5678;float num.mantissa = 32‘h0000_0010;typedef union{ int u1; shortint u2;} my_union;

System Verilog 提供了強(qiáng)類型功能，以避免困擾 Verilog 設(shè)計(jì)的多種解譯和條件競(jìng)爭(zhēng)。端口連接SystemVerilog提供了“.name”和隱含的“.*”方法來描述端口連接，這大大壓縮了代碼長(zhǎng)度。公眾號(hào)：OpenFPGA

/ / Verilogadder_add （a，b，sum）;// SystemVerilogadder_add （.a，.b，.sum）;adder_add （。 *）;

interface 和 modportSystem Verilog中的interface（接口）和modport（模塊端口）說明模塊實(shí)例之間的端口列表和互連。下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

/ / 定 義 接 口interface adder_if; logic ［7:0］ a， b; logic ［7:0］ sum;endinterface： adder_if

module top;/ / 例 化 接 口 adder_if adder_if1（）; adder_if adder_if2（）;/ / 將 接 口連接到模塊實(shí)例 adder add1（adder_if1）; adder add2 （adder_if2）;endmodulemodule adder（adder_if if）;/ / 訪 問 接 口 assign if.sum = if.a + if.b;endmodule / / adder

面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）System Verilog可以更好地支持面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）。OOP通過建立帶自包含功能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而提高了抽象層次，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)允許數(shù)據(jù)封裝（encapsulation）隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和增強(qiáng)代碼的復(fù)用。

約束、覆蓋和隨機(jī)度System Verilog為覆蓋驅(qū)動(dòng)驗(yàn)證（coverage-driven verification）、定向（directed）和約束隨機(jī)測(cè)試平臺(tái)（constrained random testbench）開發(fā)提供了廣泛的支持。斷言斷言（assertion）通過在設(shè)計(jì)中設(shè)置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行功能覆蓋。

通常，RTL設(shè)計(jì)者和驗(yàn)證工程師都會(huì)在設(shè)計(jì)中使用它。斷言既可以放在RTL代碼之內(nèi)，也可以放在RTL代碼之外。放在里面使更新和管理更加容易，放在外面使代碼的可綜合和行為部分保持獨(dú)立。System Verilog提供斷言規(guī)范，可用于許多ASIC設(shè)計(jì)驗(yàn)證的環(huán)境中。

System Verilog斷言可用于設(shè)計(jì)的多個(gè)方面：變量說明、條件語(yǔ)句、內(nèi)部接口和狀態(tài)機(jī)。公眾號(hào)：OpenFPGA斷言得到了一些商業(yè)模擬器的支持，如ModelSim和VCS。System Verilog斷言規(guī)范的一小部分子集支持可綜合斷言。遺憾的是，只有極少數(shù)的FPGA設(shè)計(jì)工具支持可綜合斷言。其中的一個(gè)是Synopsys Identify Pro，它具有斷言綜合和調(diào)試功能。

編輯：jq