FPGA開發(fā)環(huán)境的搭建和verilog代碼的實現(xiàn)

FPGA需要良好的數(shù)電模電基礎(chǔ)，verilog需要良好C語言基礎(chǔ)。

FPGA的準(zhǔn)備工作：下載Quartus II，Modelsim和notepad++（notepad++是文本編輯器，quartus有自帶的，可以不裝，也可以用其他的）。安裝完成后，實現(xiàn)Quartus II與Modelsim和notepad++的關(guān)聯(lián)（不關(guān)聯(lián)notepad++的話默認(rèn)用quartus自帶的）。方法是：tools欄的option，如下圖選中Win64。

關(guān)聯(lián)notepad++如圖，在文件夾中選擇安裝好的exe應(yīng)用程序。

Verilog可能是FPGA路上的第一個絆腳石，但是代碼類的學(xué)習(xí)都是熟能生巧，掌握規(guī)律只需3天即可上手。

基礎(chǔ)語法 ：

1、區(qū)分大小寫，分號結(jié)尾（空格、換行無意義），單行注釋用//，多行注釋用/* 代碼 */，標(biāo)識符區(qū)分大小寫，關(guān)鍵字小寫。

2、0表示假，1表示真，X/x表示未知，Z/z表示高阻。

3、十進(jìn)制('d 或 'D)，十六進(jìn)制('h 或 'H)，二進(jìn)制（'b 或 'B），八進(jìn)制（'o 或 'O），4'b1011中4表示位數(shù)，b表示進(jìn)制，1011是數(shù)值。 字符串用雙引號且不能換行。

4、最常用的數(shù)據(jù)類型：wire和reg，wire 表示物理連線，reg表示存儲單元。

5、表達(dá)式由操作符和操作數(shù)構(gòu)成，其中操作符有算術(shù)、關(guān)系、等價、邏輯、按位、歸約、移位、拼接、條件共9種，操作數(shù)可以是任意的數(shù)據(jù)類型。注意邏輯與(&&)、按位與(&)。

數(shù)電中有組合邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路模塊：

6、連續(xù)賦值語句以assign開頭用于對 wire 型變量進(jìn)行賦值

7、普通時延：assign #10 Z = A & B ;把A與B的結(jié)果延時10個單位再賦值給Z。隱式時延：wire #10 Z = A & B;聲明wire型變量時對其進(jìn)行包含一定時延的連續(xù)賦值。A 或 B 任意一個變量發(fā)生變化，那么 Z會有 10 個時間單位的時延。如果在這 10 個時間單位內(nèi)，A 或 B 任意一個值又發(fā)生了變化，那么計算 Z 的新值時會取 A 或 B 當(dāng)前的新值。所以稱之為慣性時延，即信號脈沖寬度小于時延時，對輸出沒有影響。因此仿真時，時延一定要合理設(shè)置，防止某些信號不能進(jìn)行有效的延遲。

時序邏輯電路模塊：

8、一個模塊中可以包含多個 initial 和 always 語句，但 2 種語句不能嵌套使用。語句在模塊間并行執(zhí)行，與前后順序無關(guān)。語句內(nèi)部是順序執(zhí)行的（非阻塞賦值除外）。**initial **語句從 0 時刻開始執(zhí)行，只執(zhí)行一次，多個 initial 塊之間是相互獨立的。如果 initial 塊內(nèi)包含多個語句，需要使用關(guān)鍵字 begin 和 end 組成一個塊語句。只包含一條語句可以不用。**always **語句是重復(fù)執(zhí)行的。always 語句塊從 0 時刻開始執(zhí)行其中的行為語句；當(dāng)執(zhí)行完最后一條語句后，便再次執(zhí)行語句塊中的第一條語句，如此循環(huán)反復(fù)。always 語句多用于仿真時鐘的產(chǎn)生，信號行為的檢測等。

后面會結(jié)合數(shù)電詳細(xì)講解。

1、熟悉wire

module top_module(
    input a,
    input b,
    input c,
    input d,
    output out,
    output out_n ); 
    assign out=(a&b)|(c&d);
    assign out_n=~((a&b)|(c&d));
endmodule

verilog采用自頂向下的設(shè)計方法，分模塊設(shè)計，這樣做的好處是，不同的人可以負(fù)責(zé)不同的模塊，最后組裝起來。每個模塊都以Module 模塊名開始，以endmodule結(jié)尾，且需要定義輸入輸出，以及輸出與輸入的關(guān)系。在這個實例中，需要填入的就是兩個assign語句，得到out和out_n。

2、熟悉向量

當(dāng)位寬大于 1 時，wire 或 reg 即可聲明為向量的形式。

module top_module( 
    input [2:0] a,
    input [2:0] b,
    output [2:0] out_or_bitwise,
    output out_or_logical,
    output [5:0] out_not
);
assign out_or_bitwise=a|b;
assign    out_or_logical=a||b;
assign  out_not={~b,~a};
endmodule

邏輯或||和位或|的區(qū)別：位或是兩個 N 位向量之間的每一位都進(jìn)行或運算形成N位新向量，而邏輯運算將整個向量視為布爾值（true = 非零，false = 零）并生成 1 位輸出。{向量1，向量2,...}可以用于合并向量。位數(shù)少時可以用于向量反轉(zhuǎn)，例如in[3:0]反轉(zhuǎn)可以使out={in[0],in[1],in[2],in[3]}。

module top_module (
    input a, b, c, d, e,
    output [24:0] out );//
    assign out=~{{5{a}},{5},{5{c}},{5wsmmei8},{5{e}}}^{5{a,b,c,d,e}};
endmodule

向量復(fù)制的格式是{復(fù)制次數(shù){向量}}，注意復(fù)制后的向量需要用{}。異或是a^b，同或是~a^b。

3、熟悉模塊

和之前在python中一樣，模塊實例化有非常重要的作用。如果事先定義一個模塊的功能，后面每一次使用時，都只需要讓自己定義的端口對應(yīng)上原模塊的端口，就可以調(diào)用。如果不這樣做，每一次使用都需要寫一次這個模塊的代碼。

實例化有兩種方式，按位置：mod_a instance1 ( wa, wb, wc )；按名稱：mod_a instance2 ( .out(wc), .in1(wa), .in2(wb) )；前一種不建議使用，因為如果模塊的端口列表發(fā)生更改，則還需要查找并更改模塊的所有實例化以匹配新模塊。后一種雖然寫起來比較復(fù)雜，但是將每一個端口都對應(yīng)上，與位置無關(guān)。

按名稱：

module top_module ( input a, input b, output out );
mod_a instance1 (
    .out(out),
    .in1(a), 
    .in2(b) 
 );
endmodule

按位置：

module top_module ( input a, input b, output out );
    mod_a instance1 (a,b,out);
endmodule

top_module是模塊名，這個模塊有兩個輸入端口和一個輸出端口。這個模塊里用到了一個事先定義好的函數(shù)mod_a,也有兩個輸入端口和輸出端口。將端口對應(yīng)起來，這個模塊就可以實現(xiàn)mod_a的功能。

下面看幾個復(fù)雜的例子：

移位寄存器

module top_module ( input clk, input d, output q );
wire q1,q2;
my_dff d0(.clk(clk),.d(d),.q(q1));
 my_dff d1(.clk(clk),.d(q1),.q(q2));
 my_dff d2(.clk(clk),.d(q2),.q(q));
endmodule

這個模塊名是top_module，有時鐘，輸入和輸出。實現(xiàn)定義了一個函數(shù)my_dff，整個模塊使用了三次D觸發(fā)器，因此需要實例化三次。對于函數(shù)d0,d1,d2都需要把端口對應(yīng)上，由于q1,q2是引入的變量，用來將前一級觸發(fā)器輸出和后一級觸發(fā)器輸入連接上，所以需要先聲明q1,q2是wire型變量。