FPGA设计思想与验证方法学系列学习笔记003

Q1:模块的例化,只讨论方法,不讨论代码功能。

Verilog 中,模块实例化是将一个模块作为组件使用在另一个模块中。这类似于在编程中调用一个函数或在硬件设计中使用一个子电路。通过实例化,可以将复杂的设计分解为更小的、可复用的模块[1]。


模块的定义

cpp 复制代码
module add32(
    input wire [31:0] in1,
    input wire [31:0] in2,
    output wire [31:0] out
);
    // 直接使用运算符,综合工具自动优化
    assign out = in1 + in2;
endmodule

顶层模块top_module

cpp 复制代码
module top_module(
    input wire [31:0] a,
    input wire [31:0] b,
    output wire [31:0] sum
);
    // 实例化 add32 模块
    add32 u_add32 (
        .in1(a),    // 将顶层模块的输入 a 连接到子模块 add32 的 in1 端口
        .in2(b),    // 将顶层模块的输入 b 连接到子模块 add32 的 in2 端口
        .out(sum)   // 将子模块 add32 的输出 out 连接到顶层模块的输出 sum
    );
endmodule




You are given a module my_dff with two inputs and one output (that implements a D flip-flop). Instantiate three of them, then chain them together to make a shift register of length 3. The clk port needs to be connected to all instances.

The moduleprovided to you is:module my_dff (input clk, input d, output q ):

Note that to make the internal connections, you will need to declare some wires. Be careful about naming your wires and module instances: the names must be unique[2].

模块定义

cpp 复制代码
// 带流水线寄存器的加法器
module pipelined_add32(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [31:0] in1,
    input wire [31:0] in2,
    output reg [31:0] out
);
    reg [31:0] sum_pre;
    
    always @(*) begin
        sum_pre = in1 + in2;
    end
    
    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) out <= 0;
        else out <= sum_pre;
    end
endmodule

顶层模块

多个模块的定义

cpp 复制代码
// 级联加法模块
module multi_add_chain(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [31:0] a, b, c, d, e,
    output wire [31:0] result
);
    wire [31:0] sum1, sum2, sum3;
    //第一级级联 
    pipelined_add32 add1 (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .in1(a),
        .in2(b),
        .out(sum1)
    );
    // 第二级级联
    pipelined_add32 add2 (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .in1(sum1),
        .in2(c),
        .out(sum2)
    );
    // 第三级级联
    pipelined_add32 add3 (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .in1(sum2),
        .in2(d),
        .out(sum3)
    );
    // 第四级级联
    pipelined_add32 add4 (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .in1(sum3),
        .in2(e),
        .out(result)
    );
endmodule

多个模块的例化,还有一种比较有效的方法:

generate for

cpp 复制代码
generate
    for (genvar i=0; i<4; i++) begin : gen_block  //块名"gen_block"
        add32 u_add32 (
            .din(din[i]),
            .dout(dout[i])
        );
    end
endgenerate
cpp 复制代码
module generate_for_example (
    input wire [7:0] a,
    output wire [7:0] b
);
    genvar i;
    generate
        for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin : gen_block
            assign b[i] = a[i];
        end
    endgenerate
endmodule

生成的实例路径为top.gen_block[0].u_add32top.gen_block[1].u_add32等。

Q2: 使用参数

参数化模块可以提高模块的灵活性,允许在实例化时指定参数值。

《韩非子·卷十五·难一》:兵不厌诈。

下面的代码会直观的告诉你答案:

adder模块中自带参数,这个参数可以接受top层下达的旨意。喵喵。

cpp 复制代码
module adder #(parameter WIDTH = 4) (
    input wire [WIDTH-1:0] a,
    input wire [WIDTH-1:0] b,
    output wire [WIDTH-1:0] sum
);
    assign sum = a + b;
endmodule
 
// 实例化带参数的模块
module top;
    wire [7:0] sum;
    adder #(8) my_adder (
        .a(8'b00001111),
        .b(8'b00000001),
        .sum(sum)
    );
endmodule

参数可分为两大类:局部参数和普通参数,分别由关键词local_parameter和parameter声明。它们俩的区别在于,局部参数不允许使用defparam语句或在模块实例化时(在elaboration阶段)进行参数覆盖,普通参数在满足一定条件时允许参数覆盖。需要注意的是参数代表常量,在运行时修改它们的值是非法的[4]。

local_parameter可以在下面这些位置声明:

cpp 复制代码
module example_module (
    input wire clk,
    input wire rst,
    output wire [3:0] out
);
 
localparam integer WIDTH = 4;  // 在模块中声明localparam
localparam [WIDTH-1:0] MAX_VALUE = 15;
 
reg [WIDTH-1:0] counter;
 
always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if (rst) begin
        counter <= 0;
    end else if (counter < MAX_VALUE) begin
        counter <= counter + 1;
    end else begin
        counter <= 0;
    end
end
 
assign out = counter;
 
endmodule

参考文献:

【1】【Verilog入门】模块的实例化(巨巨巨巨详细讲解)_verilog实例化-CSDN博客

【2】【Verilog】子模块连接相关问题(加法器及其优化)_verilog怎么把两个模块连接-CSDN博客

【3】 verilog常用技巧 (个人总结版)_verilog技巧-CSDN博客

【4】Verilog基础:参数(parameter)的使用_verilog parameter-CSDN博客

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