Verilog HDL 学习笔记（十八）| 附录C：关键字、系统任务和编译指令

C.1 Verilog 关键字（Keywords）

一、什么是关键字？

关键字（Keyword） 是 Verilog 语言预定义的、有特殊含义的标识符 。所有关键字全部小写，不能用作变量名、模块名等。

⚠️ 重要提醒 ：Verilog 区分大小写 。always 是关键字，Always 和 ALWAYS 不是关键字（但也不建议用作变量名，容易混淆）。

二、关键字完整清单（按字母顺序）

关键字	用途分类	说明
always	行为级建模	无限循环的过程块
and	门级原语	与门
assign	数据流建模	连续赋值
automatic	任务/函数	自动（可重入）任务/函数
begin	块语句	顺序块开始
buf	门级原语	缓冲器
bufif0	门级原语	低电平使能三态缓冲器
bufif1	门级原语	高电平使能三态缓冲器
case	行为级建模	多路分支
casex	行为级建模	多路分支（x为无关项）
casez	行为级建模	多路分支（z为无关项）
cmos	开关级原语	CMOS开关
deassign	过程连续赋值	取消assign赋值
default	行为级建模	case默认分支
defparam	参数重载	参数重定义
disable	块语句	禁用命名块
edge	时序控制	边沿控制
else	行为级建模	if-else分支
end	块语句	顺序块结束
endcase	行为级建模	case结束
endfunction	任务/函数	函数结束
endmodule	模块	模块结束
endprimitive	UDP	原语结束
endspecify	路径延迟	specify块结束
endtable	UDP	状态表结束
endtask	任务/函数	任务结束
event	数据类型	命名事件
for	行为级建模	for循环
force	过程连续赋值	强制赋值
forever	行为级建模	无限循环
fork	块语句	并行块开始
function	任务/函数	函数定义
if	行为级建模	条件语句
ifnone	路径延迟	默认路径延迟
initial	行为级建模	只执行一次的过程块
inout	端口	双向端口
input	端口	输入端口
integer	数据类型	32位有符号整数
join	块语句	并行块结束
large	强度	大电容强度
macromodule	模块	宏模块（同module）
medium	强度	中电容强度
module	模块	模块定义
nand	门级原语	与非门
negedge	时序控制	下降沿
nmos	开关级原语	NMOS开关
nor	门级原语	或非门
not	门级原语	非门
notif0	门级原语	低电平使能三态非门
notif1	门级原语	高电平使能三态非门
or	门级原语	或门
output	端口	输出端口
parameter	参数	参数定义
pmos	开关级原语	PMOS开关
posedge	时序控制	上升沿
primitive	UDP	原语定义
pull0	强度	下拉强度
pull1	强度	上拉强度
pulldown	门级原语	下拉电阻
pullup	门级原语	上拉电阻
rcmos	开关级原语	阻抗CMOS开关
real	数据类型	实数
realtime	数据类型	实数时间
reg	数据类型	寄存器
release	过程连续赋值	释放强制赋值
repeat	行为级建模	重复循环
rnmos	开关级原语	阻抗NMOS开关
rpmos	开关级原语	阻抗PMOS开关
rtran	开关级原语	阻抗双向开关
rtranif0	开关级原语	阻抗双向开关（低电平）
rtranif1	开关级原语	阻抗双向开关（高电平）
scalared	数据类型	标量向量
small	强度	小电容强度
specify	路径延迟	路径延迟块开始
specparam	路径延迟	路径延迟参数
strong0	强度	强0驱动
strong1	强度	强1驱动
supply0	强度/线网	地（逻辑0）
supply1	强度/线网	电源（逻辑1）
table	UDP	状态表开始
task	任务/函数	任务定义
time	数据类型	64位时间变量
tran	开关级原语	双向开关
tranif0	开关级原语	双向开关（低电平）
tranif1	开关级原语	双向开关（高电平）
tri	线网	三态线网
tri0	线网	三态线网（默认0）
tri1	线网	三态线网（默认1）
triand	线网	三态线与
trior	线网	三态线或
trireg	线网	电容线网
vectored	数据类型	向量
wait	时序控制	电平敏感等待
wand	线网	线与
weak0	强度	弱0驱动
weak1	强度	弱1驱动
while	行为级建模	while循环
wire	线网	普通连线
wor	线网	线或
xnor	门级原语	同或门
xor	门级原语	异或门

💡 总计约 100 个关键字。初学者不需要全部记住，常用的只有 30-40 个，其他用到时查阅即可。

三、关键字分类速记

分类	关键字
模块相关	module、endmodule、macromodule
端口相关	input、output、inout
数据类型	wire、reg、integer、real、time、realtime、event、parameter
线网类型	wire、wand、wor、tri、tri0、tri1、triand、trior、trireg、supply0、supply1
门级原语	and、nand、or、nor、xor、xnor、not、buf、bufif0、bufif1、notif0、notif1、pullup、pulldown
开关级原语	nmos、pmos、cmos、rnmos、rpmos、rcmos、tran、tranif0、tranif1、rtran、rtranif0、rtranif1
行为级建模	always、initial、if、else、case、casex、casez、default、for、while、repeat、forever
块语句	begin、end、fork、join、disable
任务/函数	task、endtask、function、endfunction、automatic
时序控制	posedge、negedge、wait、edge
过程赋值	assign、deassign、force、release
强度	supply0、supply1、strong0、strong1、pull0、pull1、weak0、weak1、large、medium、small、highz
路径延迟	specify、endspecify、specparam、ifnone
UDP	primitive、endprimitive、table、endtable
参数重载	defparam
其他	scalared、vectored

C.2 系统任务和系统函数（System Tasks and Functions）

一、什么是系统任务/函数？

系统任务/函数 是 Verilog 预定义的特殊任务/函数，以 $ 开头。它们用于执行仿真控制、输入输出、调试等操作。

⚠️ 系统任务/函数不可综合，仅用于仿真。

二、显示类系统任务

二、显示类系统任务

系统任务	功能	示例
$display	打印并自动换行	$display("Value = %d", x);
$write	打印不换行	$write("Value = %d", x);
$monitor	持续监视信号变化	$monitor("x = %d", x);
$monitoron	开启监视	$monitoron;
$monitoroff	关闭监视	$monitoroff;
$strobe	选通显示（同一时刻最后执行）	$strobe("x = %d", x);
$fdisplay	写入文件并换行	$fdisplay(fd, "x = %d", x);
$fwrite	写入文件不换行	$fwrite(fd, "x = %d", x);
$fmonitor	持续监视并写入文件	$fmonitor(fd, "x = %d", x);
$fstrobe	选通写入文件	$fstrobe(fd, "x = %d", x);

格式说明符：

格式符	含义	示例输出
%d / %D	十进制	10
%b / %B	二进制	1010
%h / %H	十六进制	A
%o / %O	八进制	12
%s / %S	字符串	Hello
%c / %C	ASCII字符	A
%m / %M	层次名	top.u1
%v / %V	信号强度	St1
%t / %T	时间格式	100
%e / %E	科学计数法	3.0e+06
%f / %F	浮点数	3.140000
%g / %G	自动格式	3.14

三、仿真控制类系统任务

系统任务	功能	示例
$finish	结束仿真	$finish;
$stop	暂停仿真	$stop;
$time	返回当前仿真时间	t = $time;
$stime	返回当前仿真时间（32位）	t = $stime;
$realtime	返回当前仿真时间（实数）	t = $realtime;
$timeformat	设置时间显示格式	$timeformat(-9, 2, "ns", 10);

四、文件操作类系统任务

系统任务	功能	示例
$fopen	打开文件	fd = $fopen("data.txt");
$fclose	关闭文件	$fclose(fd);
$readmemb	读取二进制文件初始化存储器	$readmemb("init.dat", mem);
$readmemh	读取十六进制文件初始化存储器	$readmemh("init.hex", mem);

五、随机数生成类系统任务

系统任务	功能	示例
$random	生成32位有符号随机数	r = $random;
$random(seed)	带种子的随机数	r = $random(seed);
$dist_uniform	均匀分布随机数	$dist_uniform(seed, start, end);
$dist_normal	正态分布随机数	$dist_normal(seed, mean, std_dev);
$dist_exponential	指数分布随机数	$dist_exponential(seed, mean);
$dist_poisson	泊松分布随机数	$dist_poisson(seed, mean);
$dist_chi_square	卡方分布随机数	$dist_chi_square(seed, degree);
$dist_t	t分布随机数	$dist_t(seed, degree);
$dist_erlang	厄兰分布随机数	$dist_erlang(seed, k, mean);

六、仿真时间与转储类系统任务

系统任务	功能	示例
$dumpfile	指定VCD文件	$dumpfile("wave.vcd");
$dumpvars	指定要转储的信号	$dumpvars(0, top);
$dumpon	开始转储	$dumpon;
$dumpoff	停止转储	$dumpoff;
$dumpall	生成检查点	$dumpall;

七、PLI相关系统任务

系统任务	功能
$test$plusargs	测试命令行参数是否存在
$value$plusargs	获取命令行参数的值
$sdf_annotate	延迟反标注

八、其他常用系统任务

系统任务	功能
$signed	将无符号数转为有符号数
$unsigned	将有符号数转为无符号数
$bits	返回表达式的位宽
$clog2	计算以2为底的对数向上取整
$itor	整数转实数
$rtoi	实数转整数
$bitstoreal	位向量转实数
$realtobits	实数转位向量
$scale	缩放时间

C.3 编译指令（Compiler Directives）

一、什么是编译指令？

编译指令 以反引号 ````` 开头，在编译阶段生效，用于控制编译器的行为。

⚠️ 区分反引号和单引号 ：反引号 ````` 在键盘 Tab 键上方，单引号 ' 在回车键左边。初学者常把 ```define`` 写成 'define，导致编译错误。

二、编译指令完整清单

编译指令	功能	示例
define`` | 定义文本宏 | define WIDTH 8``
undef`` | 取消宏定义 | undef WIDTH``
ifdef`` | 条件编译（已定义） | ifdef DEBUG``
ifndef`` | 条件编译（未定义） | ifndef SIMULATION``
else`` | 条件编译否则分支 | else``
elsif`` | 条件编译否则如果 | elsif FPGA``
endif`` | 条件编译结束 | endif``
include`` | 包含其他文件 | include "defines.vh"``
timescale`` | 设置时间单位和精度 | timescale 1ns/10ps``
default_nettype`` | 设置默认线网类型 | default_nettype none``
resetall`` | 重置所有编译指令为默认值 | resetall``
celldefine`` | 标记模块为单元定义 | celldefine``
endcelldefine`` | 结束单元定义 | endcelldefine``
unconnected_drive`` | 设置未连接端口驱动 | unconnected_drive pull0``
nounconnected_drive`` | 取消未连接端口驱动 | nounconnected_drive``
line`` | 设置行号和文件名 | line 100 "test.v" 0``
begin_keywords`` | 指定关键字版本 | begin_keywords "1364-2001"``
end_keywords`` | 结束关键字版本指定 | end_keywords``
pragma`` | 编译指示 | pragma protect``

三、最常用的编译指令详解

1. ```define`` ------ 文本宏定义

// 定义常量
`define DATA_WIDTH 8
`define OP_ADD 3'b001

// 使用宏（必须加反引号）
reg [`DATA_WIDTH-1:0] data;
wire [`DATA_WIDTH-1:0] result;

// 定义带参数的宏
`define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
wire [7:0] max_val = `MAX(a, b);

2. ```include`` ------ 文件包含

// 包含头文件
`include "aludefines.vh"

module top;
    reg [`DATA_WIDTH-1:0] data;   // 使用头文件中的宏
endmodule

3. ```timescale`` ------ 时间尺度

// 时间单位1ns，精度10ps
`timescale 1ns / 10ps

module test;
    initial begin
        #10;    // 延迟10ns
        $display("Time = %t", $time);
    end
endmodule

4. ifdef`` / else / ```endif ------ 条件编译

`define DEBUG

module test;
    initial begin
        `ifdef DEBUG
            $display("Debug mode enabled");
            $monitor("q = %d", q);
        `else
            $display("Release mode");
        `endif
    end
endmodule

5. ```default_nettype`` ------ 默认线网类型

// 禁止隐式线网声明（推荐！）
`default_nettype none

module test;
    // 如果没有声明wire，编译器会报错
    // wire out;    // ✅ 显式声明
    // assign out = a & b;
endmodule

推荐使用 ```default_nettype none``：它会强制你显式声明所有线网，避免因拼写错误导致的隐式线网声明问题。

C.4 常用关键字、系统任务、编译指令速查

一、最常用的10个关键字

关键字	用途
module / endmodule	模块定义
input / output	端口声明
wire / reg	数据类型
assign	连续赋值
always / initial	过程块
if / else	条件语句
case / endcase	多路分支
begin / end	顺序块
posedge / negedge	时钟边沿
parameter	参数定义

二、最常用的10个系统任务

系统任务	用途
$display	打印信息
$monitor	持续监视
$finish	结束仿真
$stop	暂停仿真
$time	获取仿真时间
$random	生成随机数
$readmemb / $readmemh	初始化存储器
$fopen / $fclose	打开/关闭文件
$fdisplay	写入文件
$dumpfile / $dumpvars	VCD转储

三、最常用的5个编译指令

编译指令	用途
```define`` | 定义宏 |
```include`` | 包含文件 |
```timescale`` | 设置时间尺度 |
ifdef`` / endif``	条件编译
```default_nettype none`` | 禁止隐式线网 |