Verilog HDL 编程规范
文章目錄
目錄
前言
一、文件聲明
二、命名
三、注釋
四、模塊
五、wire、reg
六、表達(dá)式
七、條件語句
八、可綜合性
九、可重用性
十、同步設(shè)計(jì)
十一、循環(huán)語句
十二、約束
十三、PLL、DCM
十四、關(guān)于對(duì)齊
參考聲明
前言
????????本專欄的博文都是關(guān)于Verilog HDL 語法。目前（2021/9/7），本人接觸FPGA和Verilog HDL 語法也差不多有近半年的時(shí)間了。對(duì)于一些常規(guī)的模塊編寫、IP核配置、仿真等沒有太大問題。但是如果涉及到特別復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)較多的語法空白需要填補(bǔ)。所以我準(zhǔn)備以博客的形式重新整理相關(guān)的Verilog HDL 語法，做到知識(shí)的沉淀。
????????有很多從事FPGA數(shù)字設(shè)計(jì)的人都說過，掌握Verilog HDL 的基礎(chǔ)語法就能夠編寫將近90%的邏輯，盡管事實(shí)確實(shí)如此。但是全面一些我覺得會(huì)更好。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的正確性和最優(yōu)性是兩個(gè)不同的概念。掌握基本的語法足夠讓你做到正確性，但是要想做到最優(yōu)設(shè)計(jì)，必須要對(duì)語法有比較全面、透徹的認(rèn)識(shí)。
????????Verilog HDL 編程風(fēng)格和編程規(guī)范程度都很重要。規(guī)范的編程不僅是有助于自己排錯(cuò)查錯(cuò)，也利于別人理解。盡量在初學(xué)階段就逐漸形成自己規(guī)范的編程風(fēng)格。
????????本文主要介紹一種規(guī)范的編程方式，供借鑒。
一、文件聲明
每個(gè)文件的開始，最好有說明該文件的文字段。主要包括：
1、公司、版權(quán)
2、文件名
3、作者
4、日期
5、版本號(hào)
6、概述（此部分包括模塊的功能描述、注意事項(xiàng)、關(guān)鍵點(diǎn)等）
如果后期對(duì)該模塊進(jìn)行版本修改、升級(jí)、維護(hù)等，在原本的聲明文字后再添加對(duì)應(yīng)版本修改信息。方便后期整理維護(hù)。
文件聲明具體格式參考：
//----------------文件的相關(guān)說明-------------------//// 公司版權(quán)：// 文件名稱： // 功能說明：// 作 者： // 設(shè)計(jì)日期： // 版 本：// 相關(guān)參考：//----------------- 版 本 修 改--------------------//// 改后版本： // 修改日期： // 修改作者：// 修改原因：二、命名
1、模塊（module）命名
? ? ? ? 一個(gè) Verilog 文件只能包含一個(gè)?module ，module 的名稱統(tǒng)一小寫或者大寫。盡量不要大小寫混著用。因?yàn)榇笮懬袚Q麻煩。這只是命名，不是設(shè)置密碼，模塊（module）的名稱要能夠有一定的功能、參數(shù)代表性。要做到見名識(shí)義。
2、parameter 命名
? ? ? ? 參數(shù) parameter 的命名統(tǒng)一大寫。本地參數(shù) localparam 也統(tǒng)一用大寫命名。建議用 parameter 、localparam 參數(shù)類型命名一些諸如數(shù)據(jù)位寬、版本號(hào)、狀態(tài)值等有意義的常數(shù)，方便程序改版升級(jí)。
3、信號(hào)命名
? ? ? ? 輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、內(nèi)部信號(hào)等的命名同一大寫或者小寫，不要混合使用（除了復(fù)位信號(hào)）。信號(hào)名稱最好能見名識(shí)義。最好在信號(hào)名稱最前面添加信號(hào)性質(zhì)或者類型標(biāo)識(shí)，方便使用。信號(hào)名稱不應(yīng)過長(zhǎng)（盡量小于20個(gè)字符）。信號(hào)名稱縮寫要有一定的通用性，不能過于生僻。
? ? ? ? 命名舉例：
input I_SYS_CLK, //系統(tǒng)時(shí)鐘 input I_ARst_n, //異步復(fù)位信號(hào) 低電平有效 input I_Rst_n, //同步復(fù)位信號(hào) 低電平有效 input I_ARst, //異步復(fù)位信號(hào) 高電平有效 input [15:0] I_FFT_DATA_RE,//FFT計(jì)算輸入數(shù)據(jù)實(shí)部 input [15:0] I_FFT_DATA_IM,//FFT計(jì)算輸入數(shù)據(jù)虛部output [15:0] O_FFT_RES_RE,//FFT計(jì)算結(jié)果實(shí)部 output [15:0] O_FFT_RES_IM,//FFT計(jì)算結(jié)果虛部 output O_VALID, //輸出有效信號(hào)wire W_READ_FLAG;//讀標(biāo)志信號(hào) wire [11:0] W_FIR_RES; //FIR濾波器輸出結(jié)果reg R_1_VALID; //valid 信號(hào)打一拍 reg R_2_VALID; //valid 信號(hào)打二拍 reg [15:0] R_COUNTER; //計(jì)數(shù)器三、注釋
????????用 // 注釋單獨(dú)的一行，用 /* */ 注釋多行。注釋的內(nèi)容不要冗長(zhǎng)。
四、模塊
? ? ? ? 模塊的例化名要做到統(tǒng)一，且有規(guī)律可循。IP 核的例化也是一樣。
? ? ? ? 一條語句占一行。
? ? ? ? 模塊的接口信號(hào)按照輸入（input）、雙端口（inout）、輸出（output）的順序定義。
? ? ? ? 多bit信號(hào)定義按照【width-1：0】的方式定義。
? ? ? ? 不能用向量方式定義一組時(shí)鐘信號(hào)。如 input? ?[2:0]? ?CLK
? ? ? ? module內(nèi)不能存在無驅(qū)動(dòng)源的多余信號(hào)，也不能存在無驅(qū)動(dòng)的輸出信號(hào)。
? ? ? ? 頂層模塊中，除了例化模塊和它們之間彼此的連線，避免出現(xiàn)其他的邏輯。
? ? ? ? 子模塊的輸出建議用寄存器輸出。
? ? ? ? 子模塊內(nèi)避免雙向端口（inout），最好在頂層模塊處理雙向總線。
? ? ? ? 子模塊內(nèi)禁止用三態(tài)邏輯（除非子模塊的三態(tài)邏輯輸出直接供頂層模塊使用），頂層模塊可以用三態(tài)邏輯。
? ? ? ? 模塊內(nèi)避免存在未連接的端口。
? ? ? ? 為邏輯升級(jí)等準(zhǔn)備的端口、信號(hào)，現(xiàn)階段先注釋掉。
五、wire、reg
? ? ? ? 禁止鎖存器和觸發(fā)器在不同的always塊中被賦值，形成多重驅(qū)動(dòng)。
? ? ? ? always 語句實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯用 非阻塞賦值語句，實(shí)現(xiàn)組合邏輯用 阻塞賦值語句。同一種信號(hào)的賦值不能既是阻塞賦值 又是 非阻塞賦值。
? ? ? ? 所定義的wire 、 reg 類型的信號(hào)不能未使用。
? ? ? ? 建議不要使用 integer 類型的寄存器。
? ? ? ? 寄存器類型（reg）的信號(hào)要初始化。
? ? ? ? 除了移位寄存器，一個(gè)always語句塊中只對(duì)一個(gè)信號(hào)賦值、運(yùn)算。?
六、表達(dá)式
? ? ? ? 表達(dá)式內(nèi)多用小括號(hào)（）表示運(yùn)算優(yōu)先級(jí)。
? ? ? ? 設(shè)計(jì)中用到的邏輯電平值用基數(shù)表示。如：1’b0、8‘b0101_1111、16’hA89B
? ? ? ? 進(jìn)行端口聲明、信號(hào)賦值、變量比較時(shí)，一定注意位寬匹配。
七、條件語句
? ? ? ? if 、 else if 語句要有 else 語句與之相對(duì)應(yīng)。
? ? ? ? case 語句要有default。
? ? ? ? if 語句的條件表達(dá)式不能是常數(shù)。
????????不建議5級(jí)以上的 if-else 嵌套。
? ? ? ? 條件表達(dá)式必須為 1 bit 。如：
// 異步復(fù)位信號(hào) 低電平有效 if (I_ARst_n == 1'b0) // 不建議的寫法： if (I_ARst_n == 0) if (!I_ARst_n)八、可綜合性
? ? ? ? 避免使用 include 語句；
? ? ? ? 應(yīng)采用復(fù)位方式初始化，仿真時(shí)可用 initial 語句初始化；
? ? ? ? 不要使用 specify 模塊；
? ? ? ? 不要使用 === 、！== 等不可綜合的操作符；
? ? ? ? 除仿真外不要使用 fork-join 語句、while 語句、repeat 語句、forever 語句、force 語句、release語句、named events 語句、系統(tǒng)任務(wù)（$）；
? ? ? ? 不能在連續(xù)賦值語句中引入 驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度 和 延時(shí)；
? ? ? ? 禁止用 trireg 型線網(wǎng)；
? ? ? ? 禁止用tri1、tri0、triand、trior、型連接；
? ? ? ? 禁止位驅(qū)動(dòng)型（supply0、supply1）線網(wǎng)賦值；
? ? ? ? 禁止在RTL代碼中實(shí)例化門級(jí)單元，如：CMOS/RCMOS/NMOS/PMOS/RNMOS/RPMOS
/trans/rtrans/tranif0/tranif1
九、可重用性
? ? ? ? 進(jìn)口信號(hào)盡量少，接口時(shí)序盡量簡(jiǎn)單；
? ? ? ? 將狀態(tài)機(jī)電路與其他電路分開，異步電路與同步電路分開，便于后續(xù)的綜合、約束；
? ? ? ? 頂層模塊中將 I/O 端口、邊界測(cè)試電路、邏輯設(shè)計(jì)相區(qū)分；
十、同步設(shè)計(jì)
? ? ? ? 同一個(gè)模塊內(nèi)，時(shí)序電路應(yīng)在時(shí)鐘的同一個(gè)邊沿動(dòng)作。如果有的部分需要用到上升沿而有的部分需要用到下降沿，那么就要用兩個(gè)模塊來設(shè)計(jì)。
? ? ? ? 頂層模塊中，時(shí)鐘信號(hào)必須可見，不要再模塊內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)。要用PLL/MMCM等生成。
? ? ? ? 避免使用門控時(shí)鐘、門控復(fù)位。
? ? ? ? 對(duì)于同步復(fù)位電路，建議在同一時(shí)鐘域使用單一的全局同步復(fù)位電路；對(duì)于異步復(fù)位電路，建議使用單一全局異步復(fù)位電路。
? ? ? ? 不要在時(shí)鐘、復(fù)位路徑上添加任何 buffer。
? ? ? ? 避免使用latch(鎖存器)。
? ? ? ? 寄存器的異步復(fù)位和置位不能同時(shí)有效。
? ? ? ? 避免使用組合反饋邏輯。
? ? ? ? 復(fù)雜電路將組合邏輯和時(shí)序邏輯分成獨(dú)立的 always 塊描述。
十一、循環(huán)語句
? ? ? ? 不建議使用循環(huán)語句，必要時(shí)可用 for 語句。
十二、約束
? ? ? ? 對(duì)全部的時(shí)鐘頻率、占空比進(jìn)行約束。
? ? ? ? 對(duì)全局時(shí)鐘的 skew 進(jìn)行約束。
? ? ? ? 根據(jù)輸入輸出信號(hào)特性進(jìn)行上下拉約束。
? ? ? ? 綜合設(shè)置，建議將 fanout 設(shè)置為30。
? ? ? ? 布局布線報(bào)告中 IOB、LUTs、RAM等資源利用率低于80%。
十三、PLL、DCM
? ? ? ? 使用FPGA內(nèi)部PLL/DCM資源時(shí)，應(yīng)保證輸入時(shí)鐘抖動(dòng)小于300ps，以防止失鎖。
? ? ? ? 輸入時(shí)鐘出現(xiàn)瞬斷，必須復(fù)位PLL/DCM。
十四、關(guān)于對(duì)齊
? ? ? ? 代碼對(duì)齊用空格，盡量不用 Tab 。
參考聲明
【1】Verilog 紅寶書編程規(guī)范。
【2】Verilog 編程規(guī)范。?
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總結(jié)
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