FPGA-Verilog学习总结

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一、阻塞赋值和非阻塞赋值问题；

1.1 阻塞赋值，即“=”。用于组合逻辑的设计中，例如：

1）连续赋值语句：

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2）在always模块中设计的组合逻辑电路：



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1.2 非阻塞赋值，即“<=”。用于时序逻辑设计。例如：



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1.3 两者的区别：

a.阻塞赋值先赋值，always块才会结束，即在阻塞赋值过程中不允许其他指令的插入，直到完成赋值为止;

b. 而非阻塞赋值在赋值的过程中可以插入其他指令，在块结束之后才赋值;

导致结果的不同：

a. test1模块得到的结果是当时钟的上升沿到来时b的值为a的值，而c的值也为a的值，因为a的值送给b之后，才实行c=b操作，此时b已经变为a的，所以c也为a的值;

b. test2中的结果为b等于a，而c等于b原来的值，因为在模块结束后才将a值送给b，而c=b操作在模块结束之前就完成了，所以c为b的值。

所以可以看到在相同的环境下，不同的幅值方式产生了很大的差别，所以为了达到设计的要求，避免冒险竞争问题，应按下列要求进行设计：

1）在设计时序电路建模和锁存器建模时，用非阻塞赋值；

2）在电平触发的always块和连续赋值语句设计的组合逻辑电路时，用阻塞赋值；

3）在时钟边沿触发的always块中设计组合和时序逻辑电路时，用非阻塞赋值；

4）不能在同一个always块中同时出现阻塞赋值和非阻塞赋值。

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二、同步复位和异步复位的问题

2.1 首先是同步复位，详细如下：



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具体为：在always块的条件中不加入复位信号rst，此时只有当clk的上升沿到来时，才能进入always块中实现复位，即与时钟同步，所以称为同步复位。

2.2 其次是异步复位，详细如下：



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具体为：在always块的条件中加入复位信号rst，此时不只有当clk的上升沿到来时，才能进入always块中实现复位，rst的下降沿到来时也能实现复位，即可以不与时钟同步，所以称为异步复位。

2.3 各自的优缺点

1）同步复位的优点：

a. 可以实现系统的100%的同步，方便时钟分析；

b. 可以防止复位信号的突变，以为即使复位信号有突变，此时时钟信号的上升沿没有到来，也不能实现复位；

2）同步复位的缺点：

a. 复位信号的有效时间必须大于一个时钟周期才能反映，如果复位信号延时过短就不能实现复位；

b. 在逻辑器件中的所有触发器都是异步复位的，所以在使用同步复位时，在每一个触发器的输入端都需添加一个寄存器，这样就无形中消耗了资源；

3）异步复位的优点：

a. 可以实现全局随时复位，操作简单；

b. 在每个触发器前不需要多余的寄存器，减少资源消耗；

4）异步复位的缺点：

a. 如果复位信号出现尖刺，容易导致异常复位，影响系统正常运作；

所以各有千秋，推荐使用异步复位，因为尖刺并不会容易产生，不必过于担心，而且能够实现随时手动复位，减少资源消耗。

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三、状态机的设计流程及其注意事项

3.1 状态机设计步骤

a. 捋清事件的来龙去脉，事件原因即为逻辑输入，结果即为逻辑输出，输入输出的关系即为逻辑关系；

b. 将实际的逻辑关系用逻辑函数表示，然后将函数化简，函数越简单，电路实现就越简单，利用的资源也就越少；

c. 列出状态转换表或状态转换图；

d. 状态编码，即选择gray编码或独热编码，如果FPGA器件的触发器资源丰富，推荐使用独热编码，即使电路的复杂度会增高，但能提高电路的性能；

e. 捋清每一个状态下，相应值的赋值情况，即将某些状态符置高或置低；

f. 捋清状态转换的条件；

g. 选择case语句或if-else语句实现代码描述。

3.2 状态机设计注意事项

a. 在描述多状态转换时，推荐利用case语句实现代码描述，并且添加default选项，让状态机回到初始状态，防止出现锁存状态；

b. 为了能综合出有效地电路，状态机中必须明确的由唯一时钟触发，即同步状态机；

c. 状态机应该有一个同步或异步复位端，推荐使用异步复位端；

d. 在设置编码状态的名称时，要按相应的功能命名，方便代码理解与维护。

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四、task和function说明语句

1）任务和函数的不同点：

a. 任务可以调取其它的任务或函数，函数不能调取任务；

b. 任务可以具有自己的仿真时间，但是函数只能和主module的仿真时间相同；

c. 任务可以有任何类型的变量或者没有，但是函数至少有一个输入变量；

d. 任务不返回值，只是执行某操作，而函数有返回值。

2）task的说明

a. 任务的定义：



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b. 任务的调用：

直接在需要执行任务中的功能的地方写上任务名即可，如果有端口，把端口写上：

<任务名>（端口1，端口2，…，端口n）;

下面是一个具体的例子用来说明怎样在模块的设计中使用任务，使程序容易读懂：



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这个例子描述了一个简单的交通灯的时序控制，并且该交通灯有它自己的时钟产生器。

3) function说明语句

函数的目的是返回一个用于表达式的值。

a. 定义函数的语法:



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其中<返回值的类型或范围>可以缺省，缺省状态下默认为一位的寄存器类型。例子如下所示：



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从上例子中可以看出，函数的返回值就是函数名，函数名同时代表着一个寄存器，此寄存器的类型或范围与定义的<返回值的类型或范围>相同。

b. 函数的调用

函数的调用是通过将函数作为表达式中的操作数来实现的。

其调用格式如下：

<函数名> (<表达式>,<表达式>)

其中函数名作为确认符。

下面这句表达式调用了getaddr函数实现地址高低位拼接功能。

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c. 函数的使用规则

除了前面与任务比较时提到的函数规则之外，另添加如下两条：

函数的定义不能包含有任何的时间控制语句，即任何用＃、@、或wait来标识的语句。

在函数的定义中必须有一条赋值语句给函数中的一个内部变量（即函数名）赋以函数的结果值。

d. 举例说明

下面的例子中定义了一个可进行阶乘运算的名为fact的函数，该函数返回一个32位的寄存器类型的值，该函数可后向调用自身，并且打印出部分结果值。



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