一 UDP定义规则

UDP，全名：User-defined primitives。 用户自己定义的原语。

UDP可分为：combinational UDP（组合逻辑）和 sequential UDP（时序逻辑）。

1.1 组合逻辑UDP

combinational UDP用于构建组合逻辑模型，常见有mux模块.

如下案例为2选1的mux，sel为1时，out为in1;sel为0时，out为in0。

请注意：信号列表中，输出信号out在第一个。状态表中，out处于最后一列。

1.2 时序逻辑UDP

sequential UDP用于构建寄存器DFF和锁存器latch模型。自然而来，sequential UDP可以是边沿触发，也可以是电平触发。

• 时序逻辑 UDP 的输出端必须声明为 reg 型
• 时序逻辑 UDP 可以用 initial 语句初始化
• 状态表格式也稍有不同，时序UDP 格式 ： ...    :  <current_state>  :  <next_state>  ;
• 时序逻辑 UDP 状态表每行由 3 部分组成：输入部分、当前状态和输出状态，用冒号":"隔开
• current_state 就是输出寄存器的当前值, next_state 就是输出寄存器的新值；next_state 由输入和 current_state 共同决定；
• 状态表的输入项可以是电平，也可以是跳边沿的形式

1.2.1 电平触发UDP

 电平触发 UDP 的输出是根据输入电平状态的改变而改变。

带有清零端的 D 锁存器的功能描述为：

清零端为 1 时，输出端恒为 0 ；
清零端为 0 、使能控制端为 1 时，锁存器透明，输出端等于输入端；
清零端为 0 、使能控制端为 0 时，锁存器呈保持状态，输出端保持不变。
其真值表为（q 表示当前状态，q+ 表示下一个状态）：

其实编写 UDP 的过程，可以理解为换一种格式编写真值表的过程。

带有清零端的 D 锁存器的 UDP 可以描述如下：

primitive d_latch(q, clear, en, d);
   output       q ;
   reg          q ;
   input        d, en, clear ;
 
   initial
     q = 0 ;
 
   table
    //clear     en      d       :q      :q+ ;
      1         ?       ?       :?      :0 ;    //clear
      0         0       ?       :?      :- ;    //"-" means stable
 
      0         1       0       :?      :0 ;    //q = d
      0         1       1       :?      :1 ;
   endtable
endprimitive

当然，也可以在罗列端口信号时就声明其类型，并且赋初值。

primitive d_latch2(
   output reg   q = 0,
   input        clear, en, d);
   ......
endprimitive

如下案例为一个低电平触发的latch。使用reg申明了一个内部变量，表示当前状态q，即当前udp的输出状态。table中的q+代表的是下一个有效周期的输出状态。

 

1.2.2 边沿触发UDP

边沿触发 UDP 的输出，是根据输入跳边沿和（或）输入电平状态的改变而改变。

下面举例，带有异步复位端（RST）且在时钟下降沿采集信号的 D 触发器的"真值表"：

此"真值表"中还加入了上下沿的概念，是为了方便编写 UDP 代码。

此 D 触发器的时序逻辑 UDP 描述如下：

primitive D_TRI(
            output reg  Q = 0,
            input       RST, CP, D);
   table
      //RST       CP      D       :Q      :Q+ ;
      //(描述1) 清零
      1         ?       ?       :?      :0 ;  //RST=1 时清零
      (??)      ?       ?       :?      :- ;  //忽略 RST 边沿变化
      //(描述2) 时钟下降沿采集
      0         (10)    0       :?      :0 ;  //时钟下降沿采集信号
      0         (10)    1       :?      :1 ;
      //（描述3）possible negedge
      0         (1x)    ?       :?      :- ;  //可能是时钟下降沿时保持
      0         (x0)    ?       :?      :- ;
      //(描述4) 时钟上升沿保持
      0         (0?)    ?       :?      :- ;  //时钟上升沿时保持
      //(描述5)possible posedge
      0         (x1)    ?       :?      :- ;  //可能是时钟上升沿时保持
      //(描述6) 非时钟沿变化时，即便数据有跳变，输出仍然保持
      0         ?       (??)    :?      :- ;  
   endtable
endprimitive // D_TRI

 注意：

（1）状态表每行多个输入部分，最多只能有一个跳边沿，例如下面状态表的表述是错误的。

   table
      ......
      (10)     (10)    1       :?      :1 ;
   endtable

（2）电平触发的状态表输入项，其优先级高于边沿触发的状态表输入项。若两者在同一时刻出现，则输出端的状态由电平触发的状态表决定。

例如上述 D 触发器中，RST 可以看做是电平触发，CP 可以看做是边沿触发。当 RST 上升沿与 CP 端下降沿同时刻来临时，输出端会变为 0 ，如下图 cap 时刻。当然，实际的时序应该避免时钟和复位边沿同时到来。

（3）边沿触发 UDP 中，必须为每一个输入信号都指定边沿变化时输出信号的变化情况，否则在该信号的跳变沿处可能会造成输出端为 X 。

例如缺少 RST 边沿变化的说明：

    //(??)    ?       ?       :?      :- ; //忽略 RST 边沿变化

则在 RST 下降沿输出会变为 x。

再例如缺少时钟稳定、D 端数据变化时的说明：

    //(4) 非时钟沿变化时，即便数据有跳变，输出仍然保持
    //0         ?       (??)    :?      :- ;

则 D 端数据变化的边沿处也会使输出为 x。

如下所示为一个上升沿触发寄存器的模型。其中NOTIFIER信号用于建立时间和保持时间检查，通过建立时间和保持时间检查，则NOTIFIER不变，时序检测不通过则NOTIFIER翻转，udp_dff输出为x态。后仿真中的NOTIFIER是干什么用的！-CSDN博客

二 UDP 状态表符号缩写

三 UDP 设计指导 

针对数字设计时是选择使用 module 还是 primitive，要从设计需求、复杂度等方面进行综合考虑。下面给出一些指导性的建议。

1. UDP 只能进行功能性建模，不能对电路时序和制造工艺（例如 CMOS，TTL等）进行建模。使用 UDP 的主要目的是以类似于真值表的简洁形式对数字设计进行建模，而 module 可以包含电路时序，并指定制造工艺。
2. UDP 只能完成有一个输出端口的数字设计。当输出端口大于一个时，只能用 module。
3. UDP 是使用内存中的查找表实现的，当输入端口较多时，输入端口的组合将会呈指数增长。UDP 输入端口的数量也会受到仿真器的限制。因此输入端口较多时不宜使用 UDP。
4. 选择使用 UDP 以后，一定要尽可能的用缩写符完整的描述 UDP 状态表。漏掉输入的组合情况，输出端可能会出现 X 的状态，造成设计错误。