Verilog HDL硬件描述语言PDF文档

Verilog HDL（硬件描述语言）是一种用于描述和设计数字电路和数字系统的高级模块化语言，工程师可以以文本形式编写设计文件，在电子设计自动化（EDA）工具中建立电路模型，并用于编写测试文件进行仿真。HDL的发展已有近三十年，最早形式出现在20世纪80年代，后续发展为VHDL和Verilog HDL，成为IEEE标准。VHDL源自美国军方项目，于1987年成为IEEE标准；Verilog HDL由Phil Moorby在1983年首次提出，1995年成为IEEE 1364-1995标准。

Verilog HDL可用于数字电路建模、仿真验证、时序分析和逻辑综合，支持不同级别的抽象，包括系统级、算法级、RTL级、门级和开关级。Verilog的主要特点包括形式化表示电路行为和结构，借用C语言的结构和语法，支持混合建模，并允许用户定义原语（UDP）。与C语言相比，Verilog的语句和函数更接近硬件建模，支持阻塞赋值和非阻塞赋值，而C语言仅支持标准的赋值语句。

Verilog与VHDL相比，语法结构较为简洁，模块风格清晰，易学易用，且在仿真工具的支持上更为优秀。在系统级抽象和测试激励模块编写上，Verilog具有优势；但VHDL在描述门级和开关电路以及标准化和多人合作的大型项目（超过百万门）方面更为适合。

学习Verilog的基本结构通常从模块定义开始，模块使用module和endmodule关键字包围，端口在模块定义时声明为input或output。模块内部可以包含数据流、行为和结构描述。数据流通过赋值语句（如assign语句）实现，行为通过always块描述，结构则通过元件实例化和互连来实现。

Verilog支持不同的抽象级别，允许设计者在各设计阶段选择合适的抽象层次进行建模。在门级，设计者描述具体的逻辑门和它们的连接；在RTL级，设计者主要关注数据流和逻辑操作。

例如，8位全加器模块（adder8）包含输入端口（a、b）、进位输入（cin）、总和输出（sum）和进位输出（cout）。通过assign语句实现加法逻辑，最终将结果赋值给cout和sum。另一个示例是8位计数器模块（counter8），它包含输出端口（out）、进位输出（cout）、数据输入（data）、载入控制信号（load）、进位输入（cin）和时钟输入（clk）。计数器通过always块根据时钟信号、载入控制和其他条件更新计数值。

掌握Verilog HDL使得在设计、验证和优化数字电路时更加高效，能够更好地实现数字逻辑设计的快速迭代。