Verilog編譯指令怎么使用

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Verilog 編譯指令

編譯指令為 Verilog 代碼的撰寫、編譯、調試等提供了極大的便利。

下面介紹下完整的 8 種編譯指令，其中前 4 種使用頻率較高。

define, undef

在編譯階段，`define 用于文本替換，類似于 C 語言中的 #define。

一旦 `define 指令被編譯，其在整個編譯過程中都會有效。例如，在一個文件中定義：

`define    DATA_DW     32

則在另一個文件中也可以直接使用 DATA_DW。

`define    S     $stop;   
//用`S來代替系統函數$stop; (包括分號)
`define    WORD_DEF   reg [31:0]       
//可以用`WORD_DEF來聲明32bit寄存器變量

`undef 用來取消之前的宏定義，例如：

`define    DATA_DW     32
……
reg  [DATA_DW-1:0]    data_in   ;
……
`undef DATA_DW
`ifdef, `ifndef, `elsif, `else, `endif

這些屬于條件編譯指令。例如下面的例子中，如果定義了 MCU51，則使用第一種參數說明；如果沒有定義 MCU、定義了 WINDOW，則使用第二種參數說明；如果 2 個都沒有定義，則使用第三種參數說明。

`ifdef       MCU51
    parameter DATA_DW = 8   ;
`elsif       WINDOW
    parameter DATA_DW = 64  ;
`else
    parameter DATA_DW = 32  ;
`endif

elsif, else 編譯指令對于 ifdef 指令是可選的，即可以只有 ifdef 和 `endif 組成一次條件編譯指令塊。

當然，也可用 `ifndef 來設置條件編譯，表示如果沒有相關的宏定義，則執行相關語句。

下面例子中，如果定義了 WINDOW，則使用第二種參數說明。如果沒有定義 WINDOW，則使用第一種參數說明。

`ifndef     WINDOW
    parameter DATA_DW = 32 ;  
 `else
    parameter DATA_DW = 64 ;
 `endif

`include

使用 `include 可以在編譯時將一個 Verilog 文件內嵌到另一個 Verilog 文件中，作用類似于 C 語言中的 #include 結構。該指令通常用于將全局或公用的頭文件包含在設計文件里。

文件路徑既可以使用相對路徑，也可以使用絕對路徑。

`include         "../../param.v"
`include         "header.v"

`timescale

在 Verilog 模型中，時延有具體的單位時間表述，并用 `timescale 編譯指令將時間單位與實際時間相關聯。

該指令用于定義時延、仿真的單位和精度，格式為：

time_unit 表示時間單位，time_precision 表示時間精度，它們均是由數字以及單位 s（秒），ms（毫秒），us（微妙），ns（納秒），ps（皮秒）和 fs（飛秒）組成。時間精度可以和時間單位一樣，但是時間精度大小不能超過時間單位大小，例如下面例子中，輸出端 Z 會延遲 5.21ns 輸出 A&B 的結果。

`timescale 1ns/100ps    //時間單位為1ns，精度為100ps，合法
//`timescale 100ps/1ns  //不合法
module AndFunc(Z, A, B);
    output Z;
    input A, B ;
    assign #5.207 Z = A & B
endmodule

在編譯過程中，timescale 指令會影響后面所有模塊中的時延值，直至遇到另一個 timescale 指令或 `resetall 指令。

由于在 Verilog 中沒有默認的 timescale，如果沒有指定 timescale，Verilog 模塊就有會繼承前面編譯模塊的 `timescale 參數。有可能導致設計出錯。

如果一個設計中的多個模塊都帶有 `timescale 時，模擬器總是定位在所有模塊的最小時延精度上，并且所有時延都相應地換算為最小時延精度，時延單位并不受影響。例如:

`timescale 10ns/1ns      
module test;
    reg        A, B ;
    wire       OUTZ ;
 
    initial begin
        A     = 1;
        B     = 0;
        # 1.28    B = 1;
        # 3.1     A = 0;
    end
 
    AndFunc        u_and(OUTZ, A, B) ;
endmodule

在模塊 AndFunc 中，5.207 對應 5.21ns。

在模塊 test 中，1.28 對應 13ns，3.1 對應 31ns。

但是，當仿真 test 時，由于 AndFunc 中的最小精度為 100ps，因此 test 中的時延精度將進行重新調整。13ns 將對應 130100ps，31ns 將對應 310100ps。仿真時，時延精度也會使用 100ps。仿真時間單位大小沒有影響。

如果有并行子模塊，子模塊間的 `timescale 并不會相互影響。

例如在模塊 test 中再例化一個子模塊 OrFunc。仿真 test 時，OrFunc 中的 #5.207 延時依然對應 52ns。

//子模塊：
`timescale 10ns/1ns      //時間單位為1ns，精度為100ps，合法
module OrFunc(Z, A, B);
    output Z;
    input A, B ;
    assign #5.207 Z = A | B
endmodule
 
//頂層模塊：
`timescale 10ns/1ns      
module test;
    reg        A, B ;
    wire       OUTZ ;
    wire       OUTX ;
 
    initial begin
        A     = 1;
        B     = 0;
        # 1.28    B = 1;
        # 3.1     A = 0;
    end
 
    AndFunc        u_and(OUTZ, A, B) ;
    OrFunc         u_and(OUTX, A, B) ;
 
endmodule

此例中，仿真 test 時，OrFunc 中的 #5.207 延時依然對應 52ns。

`timescale 的時間精度設置是會影響仿真時間的。時間精度越小，仿真時占用內存越多，實際使用的仿真時間就越長。所以如果沒有必要，應盡量將時間精度設置的大一些。

`default_nettype

該指令用于為隱式的線網變量指定為線網類型，即將沒有被聲明的連線定義為線網類型。

該實例定義的缺省的線網為線與類型。因此，如果在此指令后面的任何模塊中的連線沒有說明，那么該線網被假定為線與類型。

該實例定義后，將不再自動產生 wire 型變量。

例如下面第一種寫法編譯時不會報 Error，第二種寫法編譯將不會通過。

//Z1 無定義就使用，系統默認Z1為wire型變量，有 Warning 無 Error
module test_and(
        input      A,
        input      B,
        output     Z);
    assign Z1 = A & B ;  
endmodule

//Z1無定義就使用，由于編譯指令的存在，系統會報Error，從而檢查出書寫錯誤
`default_nettype none
module test_and(
        input      A,
        input      B,
        output     Z);
    assign Z1 = A & B ;  
endmodule

`resetall

該編譯器指令將所有的編譯指令重新設置為缺省值。

`resetall 可以使得缺省連線類型為線網類型。

當 resetall 加到模塊最后時，可以將當前的 timescale 取消防止進一步傳遞，只保證當前的 timescale 在局部有效，避免 timescale 的錯誤繼承。

celldefine, endcelldefine

這兩個程序指令用于將模塊標記為單元模塊，他們包含模塊的定義。例如一些與、或、非門，一些 PLL 單元，PAD 模型，以及一些 Analog IP 等。

`celldefine
module (
    input      clk,
    input      rst,
    output     clk_pll,
    output     flag);
        ……
endmodule
`endcelldefine

unconnected_drive, nounconnected_drive

在模塊實例化中，出現在這兩個編譯指令間的任何未連接的輸入端口，為正偏電路狀態或者為反偏電路狀態。

`unconnected_drive pull1
. . .
 / *在這兩個程序指令間的所有未連接的輸入端口為正偏電路狀態（連接到高電平） * /
`nounconnected_drive
`unconnected_drive pull0
. . .
 / *在這兩個程序指令間的所有未連接的輸入端口為反偏電路狀態（連接到低電平） * /
`nounconnected_drive

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