VERILOG. Modüller

Transkript

1 VERILOG Modüller Devre bileşenleri module içinde tasarlanır. Modüller hem yapısal hem de davranışsal ifadeleri içerebilir. Yapısal ifadeler lojik kapılar, sayaçlar ve mikroişlemciler gibi devre bileşenlerini ifade eder. Davranışsal seviye ifadeleri ise döngüler, ifthen deyimleri gibi devre elemanlarına doğrudan haritalama yapmayan ifadelerdir. 1

2 Modüller-Örnek module Keyfi bir modül ismi Keyfi bir port listesi Assignment İfadeleri ile Yapısal Tasarım wire d; assign d = a b; //continuous assignment wire d = a b; //implicit continuous assignment 2

3 Initial ve Always Blokları ile Davranışsal Tasarım - Örnek Değişken İsimleri {[A-Z], [a-z], [0-9], _, $}, karakterlerini içerebilir, fakat.. $ veya [0-9] ile başlayamaz myidentifier doğru m_y_identifier doğru 3my_identifier yanlış $my_identifier yanlış _myidentifier$ doğru Büyük-küçük harf duyarlılığı myid Myid 6 3

4 Açıklamalar // Bu satır bir açıklamadır /* Çok satırlı açıklama */ /* İç içe/* açıklama */ tek açıklama gibi */ 7 Verilog Değer Seti 0 1 X düşük logic seviyesi veya false durumu yüksek logic seviyesi veya true durumu bilinmeyen logic seviyesi Z yüksek empedans logic seviyesi (çıkışta hiçbir şey okunamaz) 8 4

5 Verilog da Sayılar (i) <boyut> <kök> <değer> Bit sayısı Binary b or B Octal o or O Decimal d or D Hexadecimal h or H Ardışık karakterler 0-f, x, z 8 h ax = 1010xxxx 12 o 3zx7 = 011zzzxxx111 9 Verilog da Sayılar (ii) Okunabilir olması açısından _ kullanılabilir 12 b 000_111_010_ b o 07_24 MS(most significant) bit = 0, x or z 4 b x1 = 4 b xx_x1 MS bit = 1 4 b 1x = 4 b 00_1x Aynı sayıyı gösterirler 10 5

6 Nets (i) kabloların(wires) logic ile sürüldüğü düşünülebilir Bağlanmazsa z ye eşittir Nets çeşitleri wire wand (wired-and) wor (wired-or) tri (tri-state, örn. mikroişlemcide ortak yol kullanmada faydalı) supply0 (ground) supply1 (vcc) 11 A B Y Nets (ii) wire Y; // tanımlama assign Y = A & B; A en Y tri Y; // tanımlama assign Y = (en)? A : z; (bufferlanmış çıkış) 12 6

7 Register lar Değerleri depolayan değişkenler Kartta donanımsal olarak register yoktur, ancak donanım gibi tanımlanabilir. reg reg A, C; // tanımlama A = 1; C = A; // C = 1 A = 0; // C halen 1 değerinde C = 0; // C artık 0 oldu 13 Vektörler Bus ları gösterirler wire [3:0] busa; reg [1:4] busb; reg [1:0] busc; Pay yönetimi busc = busa[2:1]; Vektör ataması (konuma göre) busb = busa; busc[1] = busa[2]; busc[0] = busa[1]; busb[1] = busa[3]; busb[2] = busa[2]; busb[3] = busa[1]; busb[4] = busa[0]; 14 7

8 Integer & Real Veri Tipleri Tanımlama integer i, k; real r; register lar gibi kullanılabilir i = 1; // atamalar prosedür içinde yapılır r = 2.9; k = r; // k integer olduğundan 3 e yuvarlanır Integer lara sistem tarafından ilk değer atanmaz Real lara sistem tarafından 0.0 ilk değeri atanır 15 Diziler(i) Sentaks integer count[1:5]; // 5 integer reg var[-15:16]; // 32-1 bit regs reg [7:0] mem[0:1023]; // bit regs Dizi elemanlarına erişim Bütün elemanlara: mem[10] = 8 b ; Alt gruplara(geçici depolama alanı gerektirir): reg [7:0] temp;.. temp = mem[10]; var[6] = temp[2]; 16 8

9 Diziler(ii) Sınırlama: Dizinin alt grubuna veya tüm diziye bir kerede ulaşılamaz var[2:9] =???; // YANLIŞ!!,teker teker // yapılacak var =???; // YANLIŞ!! Çok boyutlu dizi yoktur reg var[1:10] [1:100]; // YANLIŞ!! Real veri tipi için dizi çalışmaz real r[1:10]; // YANLIŞ!! 17 Örnek 9

10 Mantıksal Operatörler && mantıksal AND mantıksal OR! mantıksal NOT Operandlar bir bit olabilir: 0, 1 or x Sonuç bir bit olabilir: 0, 1 or x A = 1; A && B 1 && 0 0 B = 0; A!B C = x; C B x 0 x 19 Bitsel Operatörler (i) & bitsel AND bitsel OR ~ bitsel NOT ^ bitsel XOR ~^ veya ^~ bitsel XNOR Bit bit işlem yapar

11 Bitsel Operatörler (ii) c = ~a; c = a & b; a = 4 b1010; b = 4 b1100; c = a ^ b; a = 4 b1010; b = 2 b11; 21 Operatörleri İndirgemek & AND OR ^ XOR ~& NAND ~ NOR ~^ veya ^~ XNOR Bir çoklu-bit operandı Bir tek-bitlik sonuç a = 4 b1001;.. c = a; // c = =

12 Kaydırma Operatörleri >> sağa kaydır << sola kaydır Sonuç ilk operand ile aynı boyuttadır, kaydırılan bit her zaman sıfırla doldurulur a = 4 b1010;... d = a >> 2; // d = 0010 c = a << 1; // c = Birleştirme Operatörü {op1, op2,..} op1, op2,.. yi tek bir sayıya birleştirir Operandlar boyutlandırılmalıdır reg a; reg [2:0] b, c;.. a = 1 b 1; b = 3 b 010; c = 3 b 101; catx = {a, b, c}; caty = {b, 2 b11, a}; catz = {b, 1}; Çoğaltma.. catr = {4{a}, b, 2{c}}; // catx = 1_010_101 // caty = 010_11_1 // YANLIŞ!! // catr = 1111_010_

13 İlişkisel Operatörler > büyüktür < küçüktür >= büyük eşittir <= küçük eşittir Sonuç bir bitlik bir değerdir: 0, 1 veya x 1 > 0 1 bx <= 0 x 25 Eşitlik Operatörleri == mantıksal eşitlik!= mantıksal eşitsizlik === durum eşitliği!== durum eşitsizliği 0, 1 veya x döndürür 0 veya 1 döndürür 4 b 1z0x == 4 b 1z0x x 4 b 1z0x!= 4 b 1z0x x 4 b 1z0x === 4 b 1z0x 1 4 b 1z0x!== 4 b 1z0x

14 Şart Operatörü cond_expr? true_expr : false_expr 2x1 mux gibi.. A B 1 0 Y Y = (sel)? A : B; sel 27 +, -, *, /, % Aritmetik Operatörler Herhangi bir operand x olursa sonuç da x olur 28 14

15 Operatör Öncelikleri Öncelikleri istenilen Şekilde yapmak İçin parantez kullanılır 29 Kombinasyonel Lojiğin Yapısal Modelleri Verilog Primitive leri ve Tasarım Primitive ler : Kombinasyonel lojik kapıların önceden tanımlı 26 adet modeli (örn.) and, nand, or, nor, xor, xnor, buf, not, bufif0, bufif1 Örnek : 1-bit half adder Half adder için verilog tanımlaması ve şeması module Add_Half(sum,c_out,a,b); input a,b; output c_out,sum; xor (sum,a,b); and (c_out,a,b); *Tips: The output port of primitives must be first in the list of ports. 15

16 Module Port ları / Bazı Dil Kuralları Port un modu yönünü belirtir input, output, inout output lar primitive lerde en solda belirtilir xor (sum,a,b); Değişkenler sayı veya $ ile başlayamaz Değişkenler 1024 karakter uzunluğunda olabilir Tanımlamalarda boşluk kullanılamaz hariç her satır ; ile biter Tasarım ve İç İçe Module ler Örnek : 1-bit full adder module Add_full_0_delay (sum, c_out, a, b, c_in); input a, b, c_in; output sum, c_out; wire w1, w2, w3; Add_Half M1 (w1, w2, a, b); Add_Half M2 (sum, w3, c_in, w1); or (c_out, w2, w3); 16

17 Doğruluk Tabloları UDP : user defined primitive Sıklıkla kullanılır, çünkü module lerden daha hızlıdır ve daha az depolama alanı gerektirir user-defined primitive çıkışı sayısal olmalıdır primitive mux_prim (mux_out, select, a, b) output mux_out; input select, a, b; table // select a b : mux_out : 0; : 0; 0 0 x : 0; : 1; : 1; 0 1 x : 1;... endtable endprimitive User-Defined Primitives (UDP) primitive AOI_UDP (y, x_in1, x_in2, x_in3, x_in4, x_in5); output y; input x_in1, x_in2, x_in3, x_in4, x_in5; table // x1 x2 x3 x4 x5 : y : 1; : 1; : 1; : 1; : 1; : 0; : 0; : 0; : 0; : 0; endtable endprimitive 34 17

18 Yapısal Model (Gate Level) Built-in gate primitives: and, nand, nor, or, xor, xnor, buf, not, bufif0, bufif1, notif0, notif1 Kullanım: nand and1(out, in1, in2); 2 girişli NAND, gecikme yok and #2 and1(out, in1, in2, in3); 3 girişli AND, 2 ns gecikme module içine, prosedür dışına yazılırlar 35 Davranışsal Model Procedure ler (i) Procedures = Sırayla çalışan kod bölümleri Prosedür ifadeleri prosedür içinde tanımlanırlar ve sırayla çalışırlar örn. 2x1 mux : begin if (sel == 0) İcra Akışı end Y = B; else Y = A; Prosedürsel atamalar: Y, reg olmalıdır!! 36 18

19 Davranışsal Model Procedure ler (ii) Module lerde istenildiği kadar procedure kullanılabilir Procedure ler birbirleriyle paralel çalışırlar İki tipte tanımlanabilirler: initial sadece bir kere çalışır always sürekli çalışır (simülasyon bitene kadar) 37 Initial Blokları Sim in 0.anında başlar ve son ifadesi çalışınca sona erer module nothing; initial $display( I m first ); initial begin #50; $display( Really? ); end sim time 0 da görüntülenir sim time 50 de görüntülenir 38 19

20 Always Blokları sim time 0 da başlar ve sim bitene kadar devam eder 39 or signal2 or..) begin.. end Her sinyal değişiminde tetiklenir clk) begin.. end clk) begin.. end clk 0 dan 1 e değiştiğinde tetiklenir clk 1 den 0 a değiştiğinde tetiklenir 40 20

21 Örnek a b c clk res Y W or posedge clk) begin if (res) begin Y = 0; W = 0; end else begin Y = a & b; W = ~c; end end 41 Zamanlama(i) initial begin #5 c = 1; #5 b = 0; #5 d = c; end Her atama bir önceki tarafından geciktirilir d c b Time 42 21

22 Prosedürel İfadeler: if if (expr1) true_stmt1; else if (expr2) true_stmt2;.. else def_stmt; Örn. 4x1 mux: module mux4_1(out, in, sel); output out; input [3:0] in; input [1:0] sel; reg out; wire [3:0] in; wire [1:0] sel; or sel) if (sel == 0) out = in[0]; else if (sel == 1) out = in[1]; else if (sel == 2) out = in[2]; else out = in[3]; 43 Prosedürel İfadeler : case case (expr) item_1,.., item_n: stmt1; item_n+1,.., item_m: stmt2;.. default: def_stmt; endcase Örn. 4x1 mux: module mux4_1(out, in, sel); output out; input [3:0] in; input [1:0] sel; reg out; wire [3:0] in; wire [1:0] sel; or sel) case (sel) 0: out = in[0]; 1: out = in[1]; 2: out = in[2]; 3: out = in[3]; endcase 44 22

23 Prosedürel İfadeler : for for (init_assignment; Cond;step_assignment) stmt; Örn. module count(y, start); output [3:0] Y; input start; reg [3:0] Y; wire start; integer i; initial Y = 0; start) for (i = 0; i < 3; i = i + 1) #10 Y = Y + 1; 45 Prosedürel İfadeler : while Örn. module count(y, start); output [3:0] Y; input start; while (expr) stmt; reg [3:0] Y; wire start; integer i; initial Y = 0; start) begin i = 0; while (i < 3) begin #10 Y = Y + 1; i = i + 1; end end 46 23

24 Prosedürel İfadeler : repeat repeat (times) stmt; Integer veya değişken olabilir Örn. module count(y, start); output [3:0] Y; input start; reg [3:0] Y; wire start; initial Y = 0; start) repeat (4) #10 Y = Y + 1; 47 Prosedürel İfadeler : forever Tipik örnek: test module lerinde clock üretimi module test; forever stmt; Sim bitene kadar çalışır reg clk; initial begin clk = 0; forever #10 clk = ~clk; end other_module1 o1(clk,..); other_module2 o2(.., clk,..); 48 24

25 ÖRNEKLER module smpl_circuit(a,b,c,x,y); input A,B,C; output x,y; wire e; and g1(e,a,b); not g2(y, C); or g3(x,e,y); module circuit_with_delay (A,B,C,x,y); input A,B,C; output x,y; wire e; and #(30) g1(e,a,b); or #(20) g3(x,e,y); not #(10) g2(y,c); module stimcrct; reg A,B,C; wire x,y; circuit_with_delay cwd(a,b,c,x,y); initial begin A = 1'b0; B = 1'b0; C = 1'b0; #100 A = 1'b1; B = 1'b1; C = 1'b1; #100 $finish; end //Description of circuit with delay module circuit_with_delay (A,B,C,x,y); input A,B,C; output x,y; wire e; and #(30) g1(e,a,b); or #(20) g3(x,e,y); not #(10) g2(y,c); 25

26 module circuit_bln (x,y,a,b,c,d); input A,B,C,D; output x,y; assign x = A (B & C) (~B & C); assign y = (~B & C) (B & ~C & ~D); //User defined primitive(udp) primitive crctp (x,a,b,c); output x; input A,B,C; //Truth table for x(a,b,c) = Minterms (0,2,4,6,7) table // A B C : x (Note that this is only a comment) : 1; : 0; : 1; : 0; : 1; : 0; : 1; : 1; endtable endprimitive 26