【芝士】VLSI第五讲：Verilog HDL常量与数据类型

微时灬暮雨

依旧写点科普文赚点CHEESE币（
为了减轻学习的难度，每一篇都不会介绍很多东西，避免东西太多难以理解，这一篇是常量和数据类型

一、常量（Constants）
所谓常量，就是在程序运行期间值不能被改变的量。Verilog里的常量主要有三种类型：整数、实数和字符串。

二、整数（Integer）
整数是Verilog里最常用的常量，写法比较特殊，一般格式是：
+/- <size> '<base> <value>
其中：
+/- 可选的符号位，正负号
size 位宽，表示这个数占多少位
' 单引号，是必须的
base 进制，有四种写法：
b 或 B：二进制
d 或 D 或省略：十进制
h 或 H：十六进制
o 或 O：八进制
value 数字序列

举例：
8'b11000101    //位宽为8位的二进制数
8'd162         //位宽为8位的十进制数
8'B1100_0101   //下划线只是为了好看，不影响数值
'hAF           //省略位宽，十六进制
'o721          //省略位宽，八进制

写整数的时候有几个坑要注意：
1）长数之间可以用下划线分开，比如 16'b1010_1101_0010_1001，这样看位数更清楚
2）不写位宽的话，默认是32位
3）x 代表不定值，z 代表高阻值，二进制里是1位，八进制里是3位，十六进制里是4位
   4'b10x0    //第2位为不定值
   8'b1001xxxx  //等价于 8'h9x
4）位宽比实际位数长，左边自动补0；最左边是x或z就用x或z补
   10'b10    //补成 0000000010
   10'bx0x1  //补成 xxxxxxx0x1
5）位宽比实际位数短，左边就被截断
   3'b1001_0011  //等价于 3'b011
6）? 符号和 z 完全等价，可以互换
7）负数写在最前面，表示二进制的补码形式
   -8'd5    //表示5的补码
   8'd-5    //这种写法非法，不要写

三、实数（Real）
实数在硬件描述里用得不多，主要用于仿真。Verilog里的实数有两种写法：
十进制表示法：比如 2.0、0.1（小数点两边都必须有数字，单独写"."是非法的）
科学计数法：比如 5.1e2（=510.0）、9.6E2（=960.0）、5E-4（=0.0005）
e和E是一个意思，都能用。

四、字符串（Strings）
字符串是双引号包起来的一串字符，主要用于仿真时打印信息，比如：
"INTERNAL ERROR"
字符串不能拆成多行写。Verilog里的字符串其实是按位宽为8的reg型变量来存的，存"Hello world!"（12个字符）就需要 8*12=96 位的reg变量：
reg [8*12:1] stringvar;
initial begin
    stringvar = "Hello world!";
end
字符串里支持 \n（换行）、\t（制表符）这些C语言里常用的转义字符。

五、数据类型（Data Type）
数据类型是用来描述电路里物理连线、数据存储和数据传输这些实际东西的。Verilog里有四种基本的逻辑状态：
0：低电平、逻辑假
1：高电平、逻辑真
x 或 X：不确定或未知状态
z 或 Z：高阻态（不区分大小写）

六、变量分类
Verilog里的变量分两种大类：
net型（网络连线）：常用的有 wire、tri，由驱动端信号决定其值
variable型（变量）：常用的有 reg、integer

注：在Verilog-1995标准里 variable型叫做 register型，到了Verilog-2001标准改名为 variable，避免大家把它和硬件里真正的寄存器搞混。

七、net型变量
wire是最常用的net型变量，对应电路里一根普通的物理连线。wire的驱动方式有两种：一种是在结构描述里把它连到门或模块的输出端，另一种是用 assign 持续赋值。
写法：
wire a, b;            //定义两个wire型变量
wire [7:0] databus;   //定义一个8位的wire型变量（8位总线）

tri型和wire型功能完全一样，只是强调这个信号可能被多个驱动源驱动。综合器对两者的处理没区别，主要是为了让代码更易读。

八、variable型变量
variable型变量必须放在过程语句（initial或always块）里赋值。在这些过程块里被赋值的信号必须声明成variable型（一般是reg型）。
注意：variable型变量并不一定对应硬件里的触发器或锁存器，综合器会根据上下文决定把它映射成连线还是触发器。
reg型是最常用的variable型变量：
reg a, b;            //两个1位reg型变量
reg [7:0] qout;      //8位的reg型向量

integer型是有符号整数变量，比如可以用作循环变量：
integer i;
for (i = 0; i < 8; i = i + 1)
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