Verilog HDL基础之：数据类型和运算符

Verilog HDL通过对reg型变量建立数组来对存储器建模，用于描述RAM型存储器、ROM存储器和reg文件。数组中的每一个单元通过一个数组索引进行寻址。由于在Verilog语言中没有多维数组存在，因此memory型数据是通过扩展reg型数据的地址范围来生成的。其格式如下：

reg ［n-1:0］ 存储器名［m-1:0］;

或：

reg ［n-1:0］ 存储器名［m:1］;

在这里，reg［n-1:0］定义了存储器中每一个存储单元的大小，即该存储单元是一个n位的寄存器。存储器名后的［m-1:0］或［m:1］则定义了该存储器中有多少个这样的寄存器。最后用分号结束定义语句。下面举例说明：

reg ［7:0］ mema［255：0］; //定义一个名为mema的256×8的存储器

这个例子定义了一个名为mema的存储器，该存储器有256个8位的存储器。该存储器的地址范围是0～255。需要注意的是，对存储器进行地址索引的表达式必须是常数表达式。

另外，在同一个数据类型声明语句里，可以同时定义存储器型数据和reg型数据。 例如：

parameter wordsize=16, memsize=256; //定义两个参数

reg ［wordsize-1:0］ mem［memsize-1:0］,writereg, readreg; //使用可变参数来定义存储器

尽管memory型数据和reg型数据的定义格式很相似，但要注意其不同之处。如一个由n个1位寄存器构成的存储器组是不同于一个n位的寄存器的，如下所示：

reg ［n-1:0］ rega; //一个n位的寄存器

reg mema ［n-1:0］; //一个由n个1位寄存器构成的存储器组

一个n位的寄存器可以在一条赋值语句里进行赋值，而一个完整的存储器则不行，例如：

rega =0; //合法赋值语句

mema =0; //非法赋值语句

如果想对memory中的存储单元进行读写操作，必须指定该单元在存储器中的地址。下面的写法是正确的。

mema［3］=0; //给memory中的第3个存储单元赋值为0。

进行寻址的地址索引可以是表达式，这样就可以对存储器中的不同单元进行操作。表达式的值可以取决于电路中其他的寄存器的值。例如可以用一个加法计数器来做RAM的地址索引。

常用运算符

Verilog HDL语言的运算符范围很广，其运算符按其功能可分为以下几类。

• 算术运算符：（+,－,×，/,%）。
• 赋值运算符：（=,=）。
• 关系运算符：（>,,>=,=）。
• 逻辑运算符：（,||,!）。
• 条件运算符：（?:）。
• 位运算符：（～,|,^,,^～）。
• 移位运算符：（,>>）。
• 拼接运算符：（{ }）。
• 其他

在Verilog HDL语言中运算符所带的操作数是不同的，按其所带操作数的个数运算符可分为以下3种。

单目运算符（unary operator）：可以带一个操作数，操作数放在运算符的右边。

二目运算符（binary operator）：可以带两个操作数，操作数放在运算符的两边。

三目运算符（ternary operator）：可以带三个操作数，这三个操作数用三目运算符分隔开。

例如：

clock = ～clock; // ～ 是一个单目取反运算符,clock是操作数。

c = a | b; // | 是一个二目按位或运算符,a 和 b是操作数。

r = s ? t : u; // ?: 是一个三目条件运算符,s，t，u是操作数。

下面对常用的几种运算符进行介绍。

1．基本的算术运算符

在Verilog HDL语言中，算术运算符又称为二进制运算符，共有下面几种。

• +：（加法运算符或正值运算符,如ega+regb、+3）。
• −：（减法运算符或负值运算符，如rega−3、−3）。
• ´：（乘法运算符，如rega´3）。
• /：（除法运算符，如5/3）。
• % ：（模运算符或求余运算符，要求%两侧均为整型数据，如7%3的值为1）。

在进行整数除法运算时，结果值要略去小数部分，只取整数部分。而进行取模运算时，结果值的符号位采用模运算式里第一个操作数的符号位，例如：

10%3 1 //余数为1

11%3 2 //余数为2

12%3 0 //余数为0，即无余数

-10%3 -1 //结果取第一个操作数的符号位,所以余数为-1

11%3 2 //结果取第一个操作数的符号位,所以余数为2.

2．位运算符

Verilog HDL作为一种硬件描述语言是针对硬件电路而言的。在硬件电路中信号有4种状态值1、0、x和z。在电路中信号进行与或非时，反映在Verilog HDL中则是相应的操作数的位运算。Verilog HDL提供了以下5种位运算符。

• ～ ：（取反）
• ：（按位与）
• | ：（按位或）
• ^ ：（按位异或）
• ^～：（按位同或（异或非））

说明：

• 位运算符中除了～是单目运算符以外，均为二目运算符,即要求运算符两侧各有一个操作数。
• 位运算符中的二目运算符要求对两个操作数的相应位进行运算操作。

下面对各运算符分别进行介绍。

“取反”运算符～

～是一个单目运算符