图片 数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench、仿真波形 同步复位的典型代码描述如下: module sync_reset( input rst_n, //同步复位信号 input clk, //时钟 input 异步复位的典型代码描述如下: module async_reset( input rst_n, //异步复位信号 input clk, //时钟 input 异步复位、同步释放的典型代码描述如下: module areset_srelease( input rst_n, //异步复位信号 input clk, / : 图片 Testbench代码描述如下: `timescale 1ns/1ps module areset_srelease_tb(); reg rst_n; reg clk
图片 图片 1.3 单比特“握手协议”verilog代码 verilog代码 //单比特快到慢“握手协议” module cdc_sbit_handshake( input aclk, // 具体代码可参考链接:Verilog 跨时钟域传输:慢到快 verilog代码 //同步模块工作时钟为 100MHz 的模块 //异步数据对来自工作时钟为 20MHz 的模块 module delay_sample 图片 这一部分具体可以查看链接:FPGA学习笔记——跨时钟域(CDC)设计之多bit信号同步 verilog代码 module data_driver( input clk_a, 代码|Testbench|仿真结果),对异步FIFO介绍很详细并且总结了若干重要问题。 verilog代码 //深度为8,数据位宽为8的异步FIFO module async_fifo #( parameter DATA_DEPTH = 8, //深度为8 parameter
波形显示效果 实现效果: 显示原理: verilog仿真时,输出多位位宽的数据,通过不同时刻的高电平数据来构成字的形状。 所需软件 (1)字模软件,PCtoLCD; (2)Vivado或者Modelsim等能运行verilog TestBench仿真的工具; 3. 取模的操作步骤 首先取字模,设置字体大小是16x16,即一个汉字占16行16列,一个数字或者字母、空格占16行8列,由此可以设置verilog输出数据的位宽是16,恰好对应16行数据。 (3)取模走向 顺向,高位在前,低位在后,正好和verilog输出一致,verilog定义输出reg [15:0] data即可。 (4)输出数制 十六进制。 显然,verilog只要设置一个[15:0] data,每个clk输出一列,就完成了扫描输出。 4. Verilog代码 不需要设置例化模块,只需要一个TestBench即可。
--- --- 数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench 图片 根据状态转移图写出对应的verilog代码2.2 verilog代码 //使用状态机设计模三序列检测器 module sequence_modulus3_detector( input S1:S3; default:next_state = IDLE; //养成良好代码风格,不能遗漏,防生成latch,也可以通过赋初值避免 endcase end else begin mod3 <= 1'b0; end end endmodule 2.3 Testbench `timescale 1ns/1ps //仿真时间单位1ns 不定期检查、补充、纠错,欢迎随时交流纠错 最后修改日期:2023.4.29 软件版本: 仿真软件:Modelsim 10.6c 绘图软件:亿图图示 描述语言:verilog
图片 --- --- 数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench 快速导航链接如下: 个人主页链接 1.数字分频器设计 2.序列检测器设计 3.序列发生器设计 4.序列模三检测器设计 5.奇偶校验器设计 6.自然二进制数与格雷码转换 7.线性反馈移位寄存器LFSR 8 图片 如图所示,根据图示可以写出的代码。 2.2 verilog代码 //自然二进制数转格雷码 module bin2gray #( parameter width = 4 //定义数据的位宽参数为4 )( input 2.2 verilog代码 //格雷码转自然二进制数 module gray2bin #( parameter width = 4 //定义数据的位宽参数为4 )( input
------数字IC经典电路设计经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench、仿真波形 下面我们举例说明:当指针从地址3(3'b011)跳变至地址4(3'b100)时,3个bit位都会同时发生跳变。 三、异步FIFO设计实例(verilog代码与实例)要求:实现深度为8,数据位宽为8的异步FIFO,确保数据满足先入先出。 3.1 verilog代码//深度为8,数据位宽为8的异步FIFOmodule async_fifo #( parameter DATA_DEPTH = 8,//深度为8 parameter wr_ptr_gray_r2) begin fifo_empty <= 1; end else begin fifo_empty <= 0; endendendmodule3.2 Testbench
数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench、仿真波形。 ~din_r & din; assign down_edge = din_r & ~din; assign both_edge = din_r ^ din; 二、上升沿检测、下降沿检测、双边沿检测 Verilog 代码 module edge_detector( input clk, input rst_n, input din, output up_edge, output ~din_r & din; assign down_edge = din_r & ~din; assign both_edge = din_r ^ din; endmodule RTL电路 图片 Testbench
数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench、仿真波形。 用格雷码替代二进制代码消除竞争冒险,确保每一时刻只有一个代码变化 1.2 从硬件描述的角度消除毛刺(单边毛刺) 如何消除毛刺呢?常采用的方法两级寄存器打拍子然后做逻辑运算。 代码描述、testbench、仿真结果。 verilog代码描述如下: //消除高电平毛刺 module burr_remove( input rst_n, //异步复位信号 input clk, 1.2 从硬件描述角度消除抖动(双边毛刺) verilog代码描述如下: //消除双边毛刺 module glitch_filter( input clk, input rst_n,
Cummings的《Simulation and Synthesis Techniques for Asynchronous FIFO Design》,经过自己的一些改变,理论部分为转载,代码自己完成。 此时,对于深度为2n的FIFO,需要的读/写指针位宽为(n+1)位,如对于深度为8的FIFO,需要采用4bit的计数器,0000~1000、1001~1111,MSB作为折回标志位,而低3位作为地址指针 因此不能单纯的只检测最高位了,在gray码上判断为满必须同时满足以下3条: wptr和同步过来的rptr的MSB不相等,因为wptr必须比rptr多折回一次。 换一种描述方法: verilog代码实现就一句:assign gray_code = (bin_code>>1) ^ bin_code; 使用gray码解决了一个问题,但同时也带来另一个问题, ]),rd_addr_gray_d2[addr_width-2:0]}) ;//高两位不同 assign empty = ( rd_addr_gray == wr_addr_gray_d2 ); 五、Verilog
图片 数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench、仿真波形 2.2 verilog代码 实现一个深度为16、位宽为4的单端口RAM。 3.2 verilog代码 实现一个深度为16、位宽为4的真双端口RAM。 4.2 verilog代码 实现一个深度为16、位宽为4的伪双端口RAM。 (2)寄存器数据ram_data 图片 在Testbench中,我们借用for循环,在时钟上升沿时触发使得写入的数据data_a存储到RAM寄存器ram_data中,如上图所示 (3)写数据 图片 在90ns
图片 --- --- 数字IC经典电路设计 经典电路设计是数字IC设计里基础中的基础,盖大房子的第一部是打造结实可靠的地基,每一篇笔者都会分门别类给出设计原理、设计方法、verilog代码、Testbench 第二步:根据流程转换分析画出状态机的状态转移图,如下图所示: 图片 第三步:根据状态机转移图用经典三段式(或者二段式)写出verilog代码 2.12 verilog代码 //使用状态机设计检测“1001 2.22 verilog代码 //使用移位寄存器设计检测“1001”的序列检测器 //可重叠检测序列“1001” module sequence_detect02( input clk, 第二步:根据流程转换分析画出状态机的状态转移图,如下图所示: 图片 第三步:根据状态机转移图用经典三段式(或者二段式)写出verilog代码 3.12verilog代码 //使用状态机设计检测“1001 第二步:根据流程转换分析画出状态机的状态转移图,如下图所示 图片 第三步:根据状态机转移图用经典三段式(或者二段式)写出verilog代码 3.22verilog代码 //使用状态机设计检测“1001”
代码格式规范 (1)分节书写格式 各节之间加1 到多行空格。 (3)空格的使用 不同变量,以及变量与符号、变量与括号之间都应当保留一个空格。Verilog HDL 语言关键字与其它任何字符串之间都应当保留一个空格。 4.模块调用规范 如3.2.2 节所述,在Verilog 中,有两种模块调用的方法,一种是位置映射法,严格按照模块定义的端口顺序来连接,不用注明原模块定义时规定的端口名,其语法为: 被调用模块名 用户自定义调用名 (连接端口1 信号名), .端口2 信号名(连接端口2 信号名), .端口3 信号名(连接端口3 信号名),…); 显然,信号映射法同时将信号名和被引用端口名列出来,不必严格遵守端口顺序,不仅降低了代码易错性 因此,在良好的代码中,严禁使用位置调用法,全部采用信号映射法。
考虑Verilog RTL由示例9.2中所示的非阻塞赋值组成。 使用非阻塞的上述Verilog代码的仿真结果如波形9.2所示。 考虑下面示例9.3中所示的Verilog代码。 波形9.3给出了具有赋值延迟的阻塞赋值的仿真结果。 考虑具有输入为“clk”和“reset_n”的环形计数器的简单Verilog设计,并且计数器具有四位输出“q_out [3:0]”,在示例9.7中示出了环形计数器的RTL描述。 示例9.7使用Verilog HDL的四位环形计数器 示例9.8描述了环形计数器的testbench,并将激励施加到DUV上。 上述testbench产生波形9.7所示的结果。 示例9.8 Verilog环形计数器的testbench 波形9.7环形计数器的仿真结果
TestBench可以用VHDL或Verilog、SystemVerilog编写,本文以Verilog HDL为例。 FPGA设计必须采用Verilog中可综合的部分子集,但TestBench没有限制,任何行为级语法都可以使用。本文将先介绍TestBench中基本的组成部分。 ---- 生成时钟信号 使用系统时钟的设计在TestBench中必须要生成时钟信号,该功能实现起来也非常简单,示例代码如下: parameter ClockPeriod = 10; //方法1 initial ---- 显示结果 Verilog中可以使用display和display和display和monitor系统任务来显示仿真结果,示例代码如下: initial begin $timeformat 将激励分散到多个逻辑块中:Verilog中的每个initial块都是并行的,相对于仿真时刻0开始运行。将不相关的激励分散到独立的块中,在编写、维护和更新testbench代码时会更有效率。
还好有人已经在VsCode编写过自动生成Testbench的脚本了,感谢。 ? 扩展商店搜索Verilog_TestBench,安装过后,任意编写一段verilog程序。 如果你只需要例化模块,复制这一部分进你的代码中就可以了。到这里,VsCode已经能够给你的工程带来及其舒适的体验了。 } set-alias ll Get-ChildItemColor $env:TestBenchPath="C:\Users\22306\.vscode\extensions\truecrab.verilog-testbench-instance 最后修改powershell的profile文件,不过与windows的略有不同,这里贴上代码。 #以后要 使用 ll 而不是 ls了。 set-alias ll Get-ChildItemColor $env:TestBenchPath="/home/princeling/.vscode/extensions/truecrab.verilog-testbench-instance
配置代码高亮和自动补全 在插件选项卡中输入ext:sv,就可以搜索到下面的插件: 我安装的是第一个,然后,安装之后,代码高亮和自动补全就有了: 实现代码自动纠错 这就需要把vivado安装目录下的bin 最后,在vscode里面进行设置: 然后,在搜索框里输入verilog,然后,把下面的复选框选中xvlog 最后就是重启vscode,那就能看到自动的代码纠错功能啦~ 自动生成TestBench( 仅适用于Verilog) 在敲代码的时候, 写testbench费时费力,用VSCode能自动生成TestBench,解放生产力。 在弹出的窗口中输入 pip install chardet 然后,重新打开vscode,在vscode中安装插件Verilog_TestBench 接着在写好的代码文件内,按住键盘的ctrl+shift +p,在弹出的窗口中输入testbench 于是在vscode下方的终端里,就出现了tb文件的代码,把它复制出来(VSCode的终端里面,复制就是选中文本之后,直接右键),加到新的测试文件里面就好了!
一、 用Verilog文件调用VHDL 以Verilog文件为顶层文件,调用VHDL模块,testbench为Verilog文件。 1、新建project 2、编写.vhd文件,FPGA_VHDL.vhd,文件名与模块名称一致; 3、编写FPGA_Verilog.v文件,文件名与模块名称一致,且设为top文件。 ,选择testbench文件编译,设置仿真时长100us,执行仿真,仿真波形如下: 结论:时钟周期为20ns,reset在50ns时置高,计数cnter到15后回0,到零后ss电平翻转,当ss 3、编写.vhd文件FPGA_VHDL_top.vhd,并设为top文件,模块名称要与命名模块一致, 例化元件端口名要与.v文件的模块端口名一致,连接端口名则为实体定义的端口名。 “FPGA_VHDL_top.vhd+FPGA_Chooser.v” 3、在用Verilog文件调用VHDL模块时,定义中间变量为wire型。
可综合FPGA代码是用RTL级代码语言描述的,其输入为RTL级代码与Testbench。 3.3 Modelsim仿真的基本步骤 Modelsim的仿真主要有以下几个步骤: (1)建立库并映射库到物理目录; (2)编译原代码(包括 Testbench); (3)执行仿真。 上述3个步骤是大的框架,前仿真和后仿真均是按照这个框架进行的,建立modelsim工程对前后仿真来说都不是必须的。 图3 新建文件夹 做前仿真的时候,推荐按上述建立新的文件夹。 具体步骤如下: ⑴ 执行File->New->Source->verilog,或者直接点击工具栏上的新建图标,会出现一个verilog文档编辑页面,在此文档内设计者即可编辑测试台文件。
常用testbench语法 1.精度问题 编译器指令用以控制编译和预处理verilog代码,他们通过重音符号[`]来指明。重音符号常位于键盘的左上角。 比如之前定义了timescale 1ns / 10ps;当指定如下代码中的延时, #5 y = a & b; 表明实际上的延时为5ns(即5*1ns)。 3.initial 一般用 initial 块给信号赋初值,initial 块执行一次。inital 块里面是顺序执行的。 (3)函数至少要有一个输入变量,而任务可以没有或有多个任何类型的变量。 **$fopen的语法为: [mcd_names] = $fopen("[file_name]"); 至此,testbench文件的语法部分就告一段落,但是小编提醒:学verilog要知道verilog
用Verilog编写的代码并不一定都能综合成电路。我们需要保证我们的代码能综合出我们想要的电路。在Verilog中,有些与时间相关的语句是不能综合的。 在Verilog中,可以用testbench(测试平台)来检验代码。编写testbench的一些基本原则如下: 1、Testbench要实例化设计的顶层模块,并给它提供输入激励(stimulus)。 上面的代码是一个比较典型的复位和时钟激励生成的代码。 5、系统任务。这些系统任务不会被综合工具识别,所以可以在设计代码中使用它们。系统任务以符号开头。 在verilog中,可以使用$random在testbench中创建随机变量。 13、覆盖率统计:观察存在多少种可能性以及有多少种可能性已经通过仿真。 硬件加速器:将一些可综合的代码映射到FPGA上。其他不可综合的部分,如testbench用仿真工具驱动。当设计非常大时,这种硬件加速验证方法能大幅度提高验证效率。