【Verilog教程】2.3 Verilog 数据类型

Verilog 最常用的 2 种数据类型就是线网(wire)与寄存器(reg),其余类型可以理解为这两种数据类型的扩展或辅助。

线网(wire)

wire 类型表示硬件单元之间的物理连线,由其连接的器件输出端连续驱动。如果没有驱动元件连接到 wire 型变量,缺省值一般为 "Z"。举例如下:

bash 复制代码
wire   interrupt ;
wire   flag1, flag2 ;
wire   gnd = 1'b0 ;

线网型还有其他数据类型,包括 wand,wor,wri,triand,trior,trireg 等。这些数据类型用的频率不是很高,这里不做介绍。

寄存器(reg)

寄存器(reg)用来表示存储单元,它会保持数据原有的值,直到被改写。声明举例如下:

bash 复制代码
reg    clk_temp;
reg    flag1, flag2 ;

例如在 always 块中,寄存器可能被综合成边沿触发器,在组合逻辑中可能被综合成 wire 型变量。寄存器不需要驱动源,也不一定需要时钟信号。在仿真时,寄存器的值可在任意时刻通过赋值操作进行改写。例如:

bash 复制代码
reg rstn ;
initial begin
    rstn = 1'b0 ;
    #100 ;
    rstn = 1'b1 ;
end

向量

当位宽大于 1 时,wire 或 reg 即可声明为向量的形式。例如:

bash 复制代码
reg [3:0]      counter ;    //声明4bit位宽的寄存器counter
wire [32-1:0]  gpio_data;   //声明32bit位宽的线型变量gpio_data
wire [8:2]     addr ;       //声明7bit位宽的线型变量addr,位宽范围为8:2
reg [0:31]     data ;       //声明32bit位宽的寄存器变量data, 最高有效位为0

对于上面的向量,我们可以指定某一位或若干相邻位,作为其他逻辑使用。例如:

bash 复制代码
wire [9:0]     data_low = data[0:9] ;
addr_temp[3:2] = addr[8:7] + 1'b1 ;

对于上面的向量,我们可以指定某一位或若干相邻位,作为其他逻辑使用。例如:

bash 复制代码
reg [31:0]     data1 ;
reg [7:0]      byte1 [3:0];
integer j ;
always@* begin
    for (j=0; j<=3;j=j+1) begin
        byte1[j] = data1[(j+1)*8-1 : j*8]; 
        //把data1[7:0]...data1[31:24]依次赋值给byte1[0][7:0]...byte[3][7:0]
    end
end

Verillog 还支持指定 bit 位后固定位宽的向量域选择访问。

bit+: width\] : 从起始 bit 位开始递增,位宽为 width。 \[bit-: width\] : 从起始 bit 位开始递减,位宽为 width。 ```bash //下面 2 种赋值是等效的 A = data1[31-: 8] ; A = data1[31:24] ; //下面 2 种赋值是等效的 B = data1[0+ : 8] ; B = data1[0:7] ; ``` 对信号重新进行组合成新的向量时,需要借助大括号。例如: ```bash wire [31:0] temp1, temp2 ; assign temp1 = {byte1[0][7:0], data1[31:8]}; //数据拼接 assign temp2 = {32{1'b0}}; //赋值32位的数值0 ``` 整数,实数,时间寄存器变量 整数,实数,时间等数据类型实际也属于寄存器类型。 整数(integer) 整数类型用关键字 integer 来声明。声明时不用指明位宽,位宽和编译器有关,一般为32 bit。reg 型变量为无符号数,而 integer 型变量为有符号数。例如: ```bash reg [31:0] data1 ; reg [3:0] byte1 [7:0]; //数组变量,后续介绍 integer j ; //整型变量,用来辅助生成数字电路 always@* begin for (j=0; j<=3;j=j+1) begin byte1[j] = data1[(j+1)*8-1 : j*8]; //把data1[7:0]...data1[31:24]依次赋值给byte1[0][7:0]...byte[3][7:0] end end ``` 此例中,integer 信号 j 作为辅助信号,将 data1 的数据依次赋值给数组 byte1。综合后实际电路里并没有 j 这个信号,j 只是辅助生成相应的硬件电路。 实数(real) 实数用关键字 real 来声明,可用十进制或科学计数法来表示。实数声明不能带有范围,默认值为 0。如果将一个实数赋值给一个整数,则只有实数的整数部分会赋值给整数。例如: ```bash real data1 ; integer temp ; initial begin data1 = 2e3 ; data1 = 3.75 ; end initial begin temp = data1 ; //temp 值的大小为3 end ``` 时间(time) Verilog 使用特殊的时间寄存器 time 型变量,对仿真时间进行保存。其宽度一般为 64 bit,通过调用系统函数 $time 获取当前仿真时间。例如: ```bash time current_time ; initial begin #100 ; current_time = $time ; //current_time 的大小为 100 end ``` 数组 在 Verilog 中允许声明 reg, wire, integer, time, real 及其向量类型的数组。 数组维数没有限制。线网数组也可以用于连接实例模块的端口。数组中的每个元素都可以作为一个标量或者向量,以同样的方式来使用,形如:\<数组名\>\[\<下标\>\]。对于多维数组来讲,用户需要说明其每一维的索引。例如: ```bash integer flag [7:0] ; //8个整数组成的数组 reg [3:0] counter [3:0] ; //由4个4bit计数器组成的数组 wire [7:0] addr_bus [3:0] ; //由4个8bit wire型变量组成的数组 wire data_bit[7:0][5:0] ; //声明1bit wire型变量的二维数组 reg [31:0] data_4d[11:0][3:0][3:0][255:0] ; //声明4维的32bit数据变量数组 ``` 下面显示了对数组元素的赋值操作: ```bash flag [1] = 32'd0 ; //将flag数组中第二个元素赋值为32bit的0值 counter[3] = 4'hF ; //将数组counter中第4个元素的值赋值为4bit 十六进制数F,等效于counter[3][3:0] = 4'hF,即可省略宽度; assign addr_bus[0] = 8'b0 ; //将数组addr_bus中第一个元素的值赋值为0 assign data_bit[0][1] = 1'b1; //将数组data_bit的第1行第2列的元素赋值为1,这里不能省略第二个访问标号,即 assign data_bit[0] = 1'b1; 是非法的。 data_4d[0][0][0][0][15:0] = 15'd3 ; //将数组data_4d中标号为[0][0][0][0]的寄存器单元的15~0bit赋值为3 ``` 虽然数组与向量的访问方式在一定程度上类似,但不要将向量和数组混淆。向量是一个单独的元件,位宽为 n;数组由多个元件组成,其中每个元件的位宽为 n 或 1。它们在结构的定义上就有所区别。 存储器 存储器变量就是一种寄存器数组,可用来描述 RAM 或 ROM 的行为。例如: ```bash reg membit[0:255] ; //256bit的1bit存储器 reg [7:0] mem[0:1023] ; //1Kbyte存储器,位宽8bit mem[511] = 8'b0 ; //令第512个8bit的存储单元值为0 ``` 参数 参数用来表示常量,用关键字 parameter 声明,只能赋值一次。例如: ```bash parameter data_width = 10'd32 ; parameter i=1, j=2, k=3 ; parameter mem_size = data_width * 10 ; ``` 但是,通过实例化的方式,可以更改参数在模块中的值。此部分以后会介绍。 局部参数用 localparam 来声明,其作用和用法与 parameter 相同,区别在于它的值不能被改变。所以当参数只在本模块中调用时,可用 localparam 来说明。 字符串 字符串保存在 reg 类型的变量中,每个字符占用一个字节(8bit)。因此寄存器变量的宽度应该足够大,以保证不会溢出。 字符串不能多行书写,即字符串中不能包含回车符。如果寄存器变量的宽度大于字符串的大小,则使用 0 来填充左边的空余位;如果寄存器变量的宽度小于字符串大小,则会截去字符串左边多余的数据。例如,为存储字符串 "run.runoob.com", 需要 14\*8bit 的存储单元: ```bash reg [0: 14*8-1] str ; initial begin str = "run.runoob.com"; end ``` 有一些特殊字符在显示字符串中有特殊意义,例如换行符,制表符等。如果需要在字符串中显示这些特殊的字符,则需要在前面加前缀转义字符 \\ 。例如下表所示: ![在这里插入图片描述](https://file.jishuzhan.net/article/1704366843835191297/c95411ff6bb249f6940b3323f91dd27f.png) 其实,在 SystemVerilog(主要用于 Verilog 仿真的编程语言)语言中,已经可以直接用关键字 string 来表示字符串变量类型,这为 Verilog 的仿真带来了极大的便利。有兴趣的学者可以简单学习下 SystemVerilog。

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