Verilog HDL基礎(chǔ)知識(shí)7之模塊例化

Verilog使用模塊（module）的概念來代表一個(gè)基本的功能塊。一個(gè)模塊可以是一個(gè)元件，也可以是低層次模塊的組合。常用的設(shè)計(jì)方法是使用元件構(gòu)建在設(shè)計(jì)中多個(gè)地方使用的功能塊，以便進(jìn)行代碼重用。模塊通過接口（輸入和輸出）被高層的模塊調(diào)用，但隱藏了內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。這樣就使得設(shè)計(jì)者可以方便地對(duì)某個(gè)模塊進(jìn)行修改，而不影響設(shè)計(jì)的其他部分。

在verilog中，模塊聲明由關(guān)鍵字module開始，關(guān)鍵字endmodule則必須出現(xiàn)在模塊定義的結(jié)尾。每個(gè)模塊必須具有一個(gè)模塊名，由它唯一地標(biāo)識(shí)這個(gè)模塊。模塊的端口列表則描述這個(gè)模塊的輸入和輸出端口。

module <模塊名>（<模塊端口列表>）；
...
<模塊的內(nèi)容>
...
...
endmodule

使用Verilog既可以進(jìn)行行為描述，同時(shí)也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)者在每個(gè)模塊內(nèi)部可以在4個(gè)抽象層次中進(jìn)行描述，而模塊對(duì)外顯示的功能都是一樣的，僅與外部環(huán)境有關(guān)，而與抽象層次無關(guān)。模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于外部環(huán)境來講是透明的。因此，對(duì)模塊內(nèi)部抽象層次的改變不會(huì)影響外部環(huán)境。這些抽象層次的定義如下：

1.行為或算法級(jí)：Verilog所支持的最高抽象層次。設(shè)計(jì)者只注重其實(shí)現(xiàn)的算法，而不關(guān)心其具體的硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在這個(gè)層次上進(jìn)行的設(shè)計(jì)與C語(yǔ)言編程非常類似。

2.數(shù)據(jù)流級(jí)：通過說明數(shù)據(jù)的流程對(duì)模塊進(jìn)行描述。設(shè)計(jì)者關(guān)心的是數(shù)據(jù)如何在各個(gè)寄存器之間流動(dòng)，以及如何處理這些數(shù)據(jù)。

3.門級(jí)：從組成電路的邏輯門及其相互之間的互連關(guān)系的角度來設(shè)計(jì)模塊。這個(gè)層次的設(shè)計(jì)類似于使用門級(jí)邏輯簡(jiǎn)圖來完成設(shè)計(jì)。

4.開關(guān)級(jí)：Verilog所支持的最低抽象層次。通過使用開關(guān)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)及其互連關(guān)系來設(shè)計(jì)模塊。在這個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)需要了解開關(guān)級(jí)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

Verilog允許設(shè)計(jì)者在一個(gè)模塊中混合使用多個(gè)抽象層次。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，術(shù)語(yǔ)寄存器傳輸級(jí)（RTL）描述在很多情況下是指能夠被邏輯綜合工具接受的行為級(jí)和數(shù)據(jù)流級(jí)的混合描述。

例化

端口是模塊與外部環(huán)境交互的通道，只有在模塊有端口的情況下才需要有端口列表和端口聲明。模塊內(nèi)部的5個(gè)組成部分是：變量聲明、數(shù)據(jù)流語(yǔ)句、低層模塊實(shí)例、行為語(yǔ)句塊以及任務(wù)與函數(shù)。這些部分可以在模塊中的任意位置，以任意順序出現(xiàn)。在模塊的所有組成部分中，只有module、模塊名和endmodule必須出現(xiàn)，其他部分都是可選的，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需要隨意選用。在一個(gè)Verilog源文件中可以定義多個(gè)模塊，Verilog對(duì)模塊的排列順序沒有要求。

為了理解模塊的各個(gè)組成部分，我們以SR鎖存器為例進(jìn)行詳細(xì)說明，如下。

SR鎖存器構(gòu)成如下：

  // 本例說明模塊的構(gòu)成部件   
  
  // 模塊名和端口列表
  // SR鎖存器模塊   
  
  module SR_latch(Q, Qbar, Sbar, Rbar);   
  
  // 端口聲明
  output Q, Qbar;
  input Sbar, Rbar;   
  
  // 調(diào)用（實(shí)例引用）較低層次的模塊
  // 本例中調(diào)用（實(shí)例引用）的是Verilog原語(yǔ)部件nand，即與非門
  // 注意它們之間互相交叉連接的情況
  nand n1(Q, Sbar, Qbar);
  nand n2(Qbar, Rbar, Q);
  // 模塊語(yǔ)句結(jié)束
  endmodule   
  
  // 模塊名和端口列表
  // 測(cè)試激勵(lì)信號(hào)模塊
  module Top;   
  
  // 聲明wire， reg和其他類型的變量
  wire q, qbar;
  reg set, reset;   
 
  // 調(diào)用（實(shí)例引用）較低層次的模塊
  // 本模塊中調(diào)用（實(shí)例引用）的是SR_latch
  SR_latch m1(q, qbar, ~set, ~reset);   
  
  // 行為模塊， 初始化
  initial
  begin
   $monitor($time, " set = %b, reset= %b, q= %bn",set,reset,q);
   set = 0; reset = 0;
   #5 reset = 1;
   #5 reset = 0;
   #5set = 1;
  end   
  
  // 模塊語(yǔ)句結(jié)束
  endmodule