當前最流行的硬體設計語言有兩種,即 VHDL與 Verlog HDL,兩者各有優劣,也各有相當多的擁護者。VHDL 語言由美國軍方所推出,最早透過國際電機工程師學會(IEEE)的標準,在北美及歐洲應用非常普遍。而 Verilog HDL 語言則由 Gateway 公司提出,這家公司輾轉被Cadence所購併,並得到Synopsys的支援。在得到這兩大 EDA 公司的支援後,也隨後通過了 IEEE 標準,在美國、日本及中國臺灣地區使用非常普遍。
我們把這兩種語言具體比較下:
1.整體結構
點評:
兩者結構基本相似,並行語句的種類也類似;
VHDL語言需要進行大量說明,程式通常比較長;
Verilog HDL通常不進行說明,或只進行非常簡短的說明,程式比較簡短。
2.資料物件及型別
VHDL
常量 訊號 變數 9種預定義型別 各類使用者定義型別
可描述各類不同的量
必須進行型別說明
運算時必須考慮型別的一致性和適用性
Verilog HDL
常量: 數量,參量
變數:網路型 暫存器型
型別種類少
運算時所受的約束少
3.運算子號
運算主要分為3類 : 算術運算 邏輯運算 關係運算
算術運算
VHDL中有10種 但很多都不能進行綜合,只能用於行為描述
Verilog HDL中只有能夠綜合的5種
邏輯運算
VHDL中 有常用的6種,均用字元形式表達
Verilog HDL中有3類共14種,
分為一般邏輯運算,位邏輯運算,縮減邏輯運算
關係運算
VHDL中有6種
Verilog HDL中有2類共8種,對比增加了全等和不全等(用於對不定態比較)。
除了以上3類運算外,VHDL中還有連線運算,Verilog HDL中還有連線運算、移位運算和條件運算。
VHDL的運算劃分比較抽象,適應面較廣
Verilog HDL的運算劃分比較具體,對邏輯代數反映更細緻一些。
4.語句
兩種語言的語句都分為並行語句和順序語句,並行語句在主程式中使用,順序語句只能在子結構中使用;
並行語句都分為3種形式:
5.子結構
function function "define
procedure task
6.附加結構
library
package "include
7.典型程式對比:
8位4選1MUX
8位加法器
8位二進位制加法計數器
序列訊號發生器:kser
預先設計模組:8選1MUX:MUX8 控制輸入a[2..0] 資料輸入d[7..0] 資料輸出y
3位2進位制加法計數器:COUNTER3 時鐘輸入 clk 狀態輸出q[2..0]
設計要求:按照時鐘節拍,由y埠迴圈順序輸出“11110101”序列訊號
初學者往往頭疼於選哪種入門合適。其實,隨便選一種即可。最關鍵的是要養成良好的程式碼編寫風格,在滿足功能和效能目標的前提下,增強程式碼的可讀性、可移植性。
良好程式碼編寫風格的通則概括如下:
(1) 對所有的訊號名、變數名和埠名都用小寫,這樣做是為了和業界的習慣保持一致;對常量名和使用者定義的型別用大寫;
(2) 使用有意義的訊號名、埠名、函式名和引數名;
(3) 訊號名長度不要太長;
(4) 對於時鐘訊號使用clk 作為訊號名,如果設計中存在多個時鐘,使用clk 作為時鐘訊號的字首;
(5) 對來自同一驅動源的訊號在不同的子模組中採用相同的名字,這要求在晶片總體設計時就定義好頂層子模組間連線的名字,埠和連線埠的訊號儘可能採用相同的名字;
(6) 對於低電平有效的訊號,應該以一個下劃線跟一個小寫字母b 或n 表示。注意在同一個設計中要使用同一個小寫字母表示低電平有效;
(7) 對於復位訊號使用rst 作為訊號名,如果復位訊號是低電平有效,建議使用rst_n;
(8) 當描述多位元匯流排時,使用一致的定義順序,對於verilog 建議採用bus_signal[x:0]的表示;
(9) 儘量遵循業界已經習慣的一些約定。如*_r 表示暫存器輸出,*_a 表示非同步訊號,*_pn 表示多週期路徑第n 個週期使用的訊號,*_nxt 表示鎖存前的訊號,*_z 表示三態訊號等;
(10)在原始檔、批處理檔案的開始應該包含一個檔案頭、檔案頭一般包含的內容如下例所示:檔名,作者,模組的實現功能概述和關鍵特性描述,檔案建立和修改的記錄,包括修改時間,修改的內容等;
(11)使用適當的註釋來解釋所有的always 程序、函式、埠定義、訊號含義、變數含義或訊號組、變數組的意義等。註釋應該放在它所註釋的程式碼附近,要求簡明扼要,只要足夠說明設計意圖即可,避免過於複雜;
(12)每一行語句獨立成行。儘管VHDL 和Verilog 都允許一行可以寫多個語句,當時每個語句獨立成行可以增加可讀性和可維護性。同時保持每行小於或等於72 個字元,這樣做都是為了提高程式碼得可讀性;
(13)建議採用縮排提高續行和巢狀語句得可讀性。縮排一般採用兩個空格,如西安交通大學SOC 設計中心2 如果空格太多則在深層巢狀時限制行長。同時縮排避免使用TAB 鍵,這樣可以避免不同機器TAB 鍵得設定不同限制程式碼得可移植能力;
(14)在RTL 原始碼的設計中任何元素包括埠、訊號、變數、函式、任務、模組等的命名都不能取Verilog 和VHDL 語言的關鍵字;
(15)在進行模組的埠申明時,每行只申明一個埠,並建議採用以下順序:
輸入訊號的clk、rst、enables other control signals、data and address signals。然後再申明輸出訊號的clk、rst、enalbes other control signals、data signals;
(16)在例化模組時,使用名字相關的顯式對映而不要採用位置相關的對映,這樣可以提高程式碼的可讀性和方便debug 連線錯誤;
(17)如果同一段程式碼需要重複多次,儘可能使用函式,如果有可能,可以將函式通用化,以使得它可以複用。注意,內部函式的定義一般要添加註釋,這樣可以提高程式碼的可讀性;
(18)儘可能使用迴圈語句和暫存器組來提高原始碼的可讀性,這樣可以有效地減少程式碼行數;
(19)對一些重要的always 語句塊定義一個有意義的標號,這樣有助於除錯。注意標號名不要與訊號名、變數名重複;
(20)程式碼編寫時的資料型別只使用IEEE 定義的標準型別,在VHDL 語言中,設計者可以定義新的型別和子型別,但是所有這些都必須基於IEEE 的標準;
(21)在設計中不要直接使用數字,作為例外,可以使用0 和1。建議採用引數定義代替直接的數字。同時,在定義常量時,如果一個常量依賴於另一個常量,建議在定義該常量時用表示式表示出這種關係;
(22)不要在原始碼中使用嵌入式的dc_shell 綜合命令。這是因為其他的綜合工具並不認得這些隱含命令,從而導致錯誤的或較差的綜合結果。即使使用Design Compiler,當綜合策略改變時,嵌入式的綜合命令也不如放到批處理綜合檔案中易於維護。這個規則有一個例外的綜合命令,即編譯開關的開啟和關閉可以嵌入到程式碼中;
(23)在設計中避免例項化具體的門級電路。門級電路可讀性差,且難於理解和維護,如果使用特定工藝的閘電路,設計將變得不可移植。如果必須例項化閘電路,我們建議採用獨立於工藝庫的閘電路,如SYNOPSYS 公司提供的GTECH 庫包含了高質量的常用的門級電路;
(24)避免冗長的邏輯和子表示式;
(25)避免採用內部三態電路,建議用多路選擇電路代替內部三態電路
當前最流行的硬體設計語言有兩種,即 VHDL與 Verlog HDL,兩者各有優劣,也各有相當多的擁護者。VHDL 語言由美國軍方所推出,最早透過國際電機工程師學會(IEEE)的標準,在北美及歐洲應用非常普遍。而 Verilog HDL 語言則由 Gateway 公司提出,這家公司輾轉被Cadence所購併,並得到Synopsys的支援。在得到這兩大 EDA 公司的支援後,也隨後通過了 IEEE 標準,在美國、日本及中國臺灣地區使用非常普遍。
我們把這兩種語言具體比較下:
1.整體結構
點評:
兩者結構基本相似,並行語句的種類也類似;
VHDL語言需要進行大量說明,程式通常比較長;
Verilog HDL通常不進行說明,或只進行非常簡短的說明,程式比較簡短。
2.資料物件及型別
VHDL
常量 訊號 變數 9種預定義型別 各類使用者定義型別
可描述各類不同的量
必須進行型別說明
運算時必須考慮型別的一致性和適用性
Verilog HDL
常量: 數量,參量
變數:網路型 暫存器型
型別種類少
運算時所受的約束少
3.運算子號
運算主要分為3類 : 算術運算 邏輯運算 關係運算
算術運算
VHDL中有10種 但很多都不能進行綜合,只能用於行為描述
Verilog HDL中只有能夠綜合的5種
邏輯運算
VHDL中 有常用的6種,均用字元形式表達
Verilog HDL中有3類共14種,
分為一般邏輯運算,位邏輯運算,縮減邏輯運算
關係運算
VHDL中有6種
Verilog HDL中有2類共8種,對比增加了全等和不全等(用於對不定態比較)。
除了以上3類運算外,VHDL中還有連線運算,Verilog HDL中還有連線運算、移位運算和條件運算。
點評:
VHDL的運算劃分比較抽象,適應面較廣
Verilog HDL的運算劃分比較具體,對邏輯代數反映更細緻一些。
4.語句
兩種語言的語句都分為並行語句和順序語句,並行語句在主程式中使用,順序語句只能在子結構中使用;
並行語句都分為3種形式:
5.子結構
function function "define
procedure task
6.附加結構
library
package "include
7.典型程式對比:
8位4選1MUX
8位加法器
8位二進位制加法計數器
序列訊號發生器:kser
預先設計模組:8選1MUX:MUX8 控制輸入a[2..0] 資料輸入d[7..0] 資料輸出y
3位2進位制加法計數器:COUNTER3 時鐘輸入 clk 狀態輸出q[2..0]
設計要求:按照時鐘節拍,由y埠迴圈順序輸出“11110101”序列訊號
初學者往往頭疼於選哪種入門合適。其實,隨便選一種即可。最關鍵的是要養成良好的程式碼編寫風格,在滿足功能和效能目標的前提下,增強程式碼的可讀性、可移植性。
良好程式碼編寫風格的通則概括如下:
(1) 對所有的訊號名、變數名和埠名都用小寫,這樣做是為了和業界的習慣保持一致;對常量名和使用者定義的型別用大寫;
(2) 使用有意義的訊號名、埠名、函式名和引數名;
(3) 訊號名長度不要太長;
(4) 對於時鐘訊號使用clk 作為訊號名,如果設計中存在多個時鐘,使用clk 作為時鐘訊號的字首;
(5) 對來自同一驅動源的訊號在不同的子模組中採用相同的名字,這要求在晶片總體設計時就定義好頂層子模組間連線的名字,埠和連線埠的訊號儘可能採用相同的名字;
(6) 對於低電平有效的訊號,應該以一個下劃線跟一個小寫字母b 或n 表示。注意在同一個設計中要使用同一個小寫字母表示低電平有效;
(7) 對於復位訊號使用rst 作為訊號名,如果復位訊號是低電平有效,建議使用rst_n;
(8) 當描述多位元匯流排時,使用一致的定義順序,對於verilog 建議採用bus_signal[x:0]的表示;
(9) 儘量遵循業界已經習慣的一些約定。如*_r 表示暫存器輸出,*_a 表示非同步訊號,*_pn 表示多週期路徑第n 個週期使用的訊號,*_nxt 表示鎖存前的訊號,*_z 表示三態訊號等;
(10)在原始檔、批處理檔案的開始應該包含一個檔案頭、檔案頭一般包含的內容如下例所示:檔名,作者,模組的實現功能概述和關鍵特性描述,檔案建立和修改的記錄,包括修改時間,修改的內容等;
(11)使用適當的註釋來解釋所有的always 程序、函式、埠定義、訊號含義、變數含義或訊號組、變數組的意義等。註釋應該放在它所註釋的程式碼附近,要求簡明扼要,只要足夠說明設計意圖即可,避免過於複雜;
(12)每一行語句獨立成行。儘管VHDL 和Verilog 都允許一行可以寫多個語句,當時每個語句獨立成行可以增加可讀性和可維護性。同時保持每行小於或等於72 個字元,這樣做都是為了提高程式碼得可讀性;
(13)建議採用縮排提高續行和巢狀語句得可讀性。縮排一般採用兩個空格,如西安交通大學SOC 設計中心2 如果空格太多則在深層巢狀時限制行長。同時縮排避免使用TAB 鍵,這樣可以避免不同機器TAB 鍵得設定不同限制程式碼得可移植能力;
(14)在RTL 原始碼的設計中任何元素包括埠、訊號、變數、函式、任務、模組等的命名都不能取Verilog 和VHDL 語言的關鍵字;
(15)在進行模組的埠申明時,每行只申明一個埠,並建議採用以下順序:
輸入訊號的clk、rst、enables other control signals、data and address signals。然後再申明輸出訊號的clk、rst、enalbes other control signals、data signals;
(16)在例化模組時,使用名字相關的顯式對映而不要採用位置相關的對映,這樣可以提高程式碼的可讀性和方便debug 連線錯誤;
(17)如果同一段程式碼需要重複多次,儘可能使用函式,如果有可能,可以將函式通用化,以使得它可以複用。注意,內部函式的定義一般要添加註釋,這樣可以提高程式碼的可讀性;
(18)儘可能使用迴圈語句和暫存器組來提高原始碼的可讀性,這樣可以有效地減少程式碼行數;
(19)對一些重要的always 語句塊定義一個有意義的標號,這樣有助於除錯。注意標號名不要與訊號名、變數名重複;
(20)程式碼編寫時的資料型別只使用IEEE 定義的標準型別,在VHDL 語言中,設計者可以定義新的型別和子型別,但是所有這些都必須基於IEEE 的標準;
(21)在設計中不要直接使用數字,作為例外,可以使用0 和1。建議採用引數定義代替直接的數字。同時,在定義常量時,如果一個常量依賴於另一個常量,建議在定義該常量時用表示式表示出這種關係;
(22)不要在原始碼中使用嵌入式的dc_shell 綜合命令。這是因為其他的綜合工具並不認得這些隱含命令,從而導致錯誤的或較差的綜合結果。即使使用Design Compiler,當綜合策略改變時,嵌入式的綜合命令也不如放到批處理綜合檔案中易於維護。這個規則有一個例外的綜合命令,即編譯開關的開啟和關閉可以嵌入到程式碼中;
(23)在設計中避免例項化具體的門級電路。門級電路可讀性差,且難於理解和維護,如果使用特定工藝的閘電路,設計將變得不可移植。如果必須例項化閘電路,我們建議採用獨立於工藝庫的閘電路,如SYNOPSYS 公司提供的GTECH 庫包含了高質量的常用的門級電路;
(24)避免冗長的邏輯和子表示式;
(25)避免採用內部三態電路,建議用多路選擇電路代替內部三態電路