設計與驗證Verilog HDL（含盤）

第1章　HDL設計方法簡介　1
1.1　設計方法的變遷　1
1.2　Verilog語言的特點　2
1.2.1　Verilog的由來　2
1.2.2　HDL與原理圖　2
1.2.3　Verilog和 VHDL　3
1.2.4　Verilog和C語言　4
1.3　HDL的設計與驗證流程　5
1.4　問題與思考　7
第2章　Verilog語言基礎(chǔ)　9
2.1　Top-Down和Bottom-Up　9
2.2　Verilog的3種描述方法　10
2.2.1　實例　10
2.2.2　3種描述方法　13
2.3　基本詞法　14
2.4　模塊和端口　15
2.5　編譯指令　16
2.6　邏輯值與常量　17
2.6.1　邏輯值　17
2.6.2　常量　18
2.7　變量類型　19
2.7.1　線網(wǎng)類型　19
2.7.2　寄存器類型　19
2.7.3　變量的物理含義　20
2.7.4　驅(qū)動和賦值　20
2.8　參數(shù)　22
2.9　Verilog中的并發(fā)與順序　22
2.10　操作數(shù)、操作符和表達式　23
2.10.1　操作符　23
2.10.2　二進制數(shù)值　26
2.10.3　操作數(shù)　26
2.11　系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)　28
2.11.1　顯示任務　28
2.11.2　文件輸入/輸出任務　28
2.11.3　其他系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)　29
2.12　小結(jié)　29
2.13　問題與思考　29
第3章　描述方式和設計層次　31
3.1　描述方式　31
3.2　數(shù)據(jù)流描述　31
3.2.1　數(shù)據(jù)流　31
3.2.2　連續(xù)賦值語句　31
3.2.3　延時　33
3.2.4　多驅(qū)動源線網(wǎng)　34
3.3　行為描述　36
3.3.1　行為描述的語句格式　36
3.3.2　過程賦值語句　40
3.3.3　語句組　43
3.3.4　高級編程語句　44
3.4　結(jié)構(gòu)化描述　50
3.4.1　實例化模塊的方法　52
3.4.2　參數(shù)化模塊　53
3.5　設計層次　57
3.5.1　系統(tǒng)級和行為級　57
3.5.2　RTL級　59
3.5.3　門級　60
3.5.4　晶體管級　60
3.5.5　混合描述　60
3.6　實例：CRC計算與校驗電路　60
3.6.1　CRC10校驗，行為級　61
3.6.2　CRC10計算電路，RTL級　62
3.7　小結(jié)　64
3.8　問題與思考　64
第4章　RTL概念與RTL級建?！?5
4.1　RTL與綜合的概念　65
4.2　RTL級設計的基本要素和步驟　65
4.3　常用的RTL級建?！?7
4.3.1　阻塞賦值、非阻塞賦值和連續(xù)賦值　67
4.3.2　寄存器電路建?！?8
4.3.3　組合邏輯建?！?0
4.3.4　雙向端口與三態(tài)信號建?！?2
4.3.5　Mux建模　73
4.3.6　存儲器建?！?4
4.3.7　簡單的時鐘分頻電路　75
4.3.8　串并轉(zhuǎn)換建?！?7
4.3.9　同步復位和異步復位　77
4.3.10　使用case和if...else語句建模　81
4.3.11　可綜合的Verilog語法子集　87
4.4　設計實例：CPU讀寫PLD寄存器接口　87
4.5　小結(jié)　92
4.6　問題與思考　92
第5章　RTL設計與編碼指導　93
5.1　一般性指導原則　93
5.1.1　面積和速度的平衡與互換原則　94
5.1.2　硬件原則　103
5.1.3　系統(tǒng)原則　105
5.2　同步設計原則和多時鐘處理　107
5.2.1　同步設計原則　107
5.2.2　亞穩(wěn)態(tài)　109
5.2.3　異步時鐘域數(shù)據(jù)同步　111
5.3　代碼風格　113
5.3.1　代碼風格的分類　113
5.3.2　代碼風格的重要性　113
5.4　結(jié)構(gòu)層次設計和模塊劃分　114
5.4.1　結(jié)構(gòu)層次化編碼(Hierarchical Coding)　114
5.4.2　模塊劃分的技巧(Design Partitioning)　115
5.5　組合邏輯的注意事項　116
5.5.1　always組合邏輯信號敏感表　116
5.5.2　組合邏輯反饋環(huán)路　117
5.5.3　脈沖產(chǎn)生器　118
5.5.4　慎用鎖存器(Latch)　119
5.6　時鐘設計的注意事項　120
5.6.1　內(nèi)部邏輯產(chǎn)生的時鐘　120
5.6.2　Ripple Counter　121
5.6.3　時鐘選擇　121
5.6.4　門控時鐘　121
5.6.5　時鐘同步使能端　122
5.7　RTL代碼優(yōu)化技巧　123
5.7.1　使用Pipelining技術(shù)優(yōu)化時序　123
5.7.2　模塊復用與資源共享　123
5.7.3　邏輯復制　125
5.7.4　香農(nóng)擴展運算　127
5.8　小結(jié)　129
5.9　問題與思考　130
第6章　如何寫好狀態(tài)機　131
6.1　狀態(tài)機的基本概念　131
6.1.1　狀態(tài)機是一種思想方法　131
6.1.2　狀態(tài)機的基本要素及分類　133
6.1.3　狀態(tài)機的基本描述方式　133
6.2　如何寫好狀態(tài)機　134
6.2.1　評判FSM的標準　134
6.2.2　RTL級狀態(tài)機描述常用的語法　135
6.2.3　推薦的狀態(tài)機描述方法　138
6.2.4　狀態(tài)機設計的其他技巧　151
6.3　使用Synplify Pro分析FSM　154
6.4　小結(jié)　157
6.5　問題與思考　157
第7章　邏輯驗證與Testbench編寫　159
7.1　概述　159
7.1.1　仿真和驗證　159
7.1.2　什么是Testbench　160
7.2　建立Testbench，仿真設計　161
7.2.1　編寫仿真激勵　162
7.2.2　搭建仿真環(huán)境　172
7.2.3　確認仿真結(jié)果　173
7.2.4　編寫Testbench時需要注意的問題　175
7.3　實例：CPU接口仿真　177
7.3.1　設計簡介　177
7.3.2　一種Testbench　178
7.3.3　另外一種Testbench　182
7.4　結(jié)構(gòu)化Testbench　183
7.4.1　任務和函數(shù)　184
7.4.2　總線功能模型(BFM)　184
7.4.3　測試套具(Harness)　185
7.4.4　測試用例(Testcase)　185
7.4.5　結(jié)構(gòu)化Testbench　186
7.5　實例：結(jié)構(gòu)化Testbench的編寫　188
7.5.1　單頂層Testbench　188
7.5.2　多頂層Testbench　191
7.6　擴展Verilog的高層建模能力　192
7.7　小結(jié)　193
7.8　問題與思考　193
第8章　Verilog語義和仿真原理　195
8.1　從一個問題說起　195
8.2　電路與仿真　196
8.2.1　電路是并行的　196
8.2.2　Verilog是并行語言　197
8.2.3　Verilog仿真語義　197
8.3　仿真原理　198
8.3.1　Verilog的仿真過程　198
8.3.2　仿真時間　202
8.3.3　事件驅(qū)動　203
8.3.4　進程　203
8.3.5　調(diào)度　204
8.3.6　時序控制(Timing Control)　205
8.3.7　進程、事件和仿真時間的關(guān)系　205
8.3.8　Verilog語言的不確定性　205
8.4　分層事件隊列與仿真參考模型　206
8.4.1　分層事件隊列　206
8.4.2　仿真參考模型　206
8.5　時序模型與延時　207
8.5.1　仿真模型(Simulation Model)　207
8.5.2　時序模型(Timing Model)　208
8.5.3　案例分析　208
8.5.4　在Verilog語言中增加延時　210
8.6　再談阻塞與非阻塞賦值　213
8.6.1　本質(zhì)　213
8.6.2　案例分析　216
8.7　如何提高代碼的仿真效率　219
8.8　防止仿真和綜合結(jié)果不一致　219
8.9　小結(jié)　220
8.10　問題與思考　220
第9章　設計與驗證語言的發(fā)展趨勢　221
9.1　設計與驗證語言的發(fā)展歷程　221
9.1.1　HDL語言　221
9.1.2　C/C++和私有的驗證語言　222
9.1.3　Accellera和IEEE的標準化工作　222
9.2　硬件設計語言的發(fā)展現(xiàn)狀和走向　223
9.2.1　HDL的競爭　223
9.2.2　一些嘗試　223
9.2.3　下一代的Verilog語言　223
9.2.4　SystemC　224
9.3　驗證語言的發(fā)展現(xiàn)狀和走向　225
9.3.1　驗證方法　225
9.3.2　HVL標準化進程　225
9.3.3　HVL的新需求　226
9.4　總結(jié)和展望　226
9.5　小結(jié)　226
9.6　問題與思考　226
附錄 Verilog關(guān)鍵字列表　227