【Verilog】UDP用户原语

news2025/2/28 6:26:23

User-defined primitives

概述
基本语法
- 组合逻辑的UDP
- 时序逻辑的UDP
- UDP 符号表

Verilog HDL（简称 Verilog ）是一种硬件描述语言，用于数字电路的系统设计。可对算法级、门级、开关级等多种抽象设计层次进行建模。

Verilog 不仅定义了语法，还对语法结构都定义了清晰的仿真语义。因此，Verilog 编写的数字模型就能够使用 Verilog 仿真器进行验证

概述

在使用 Verilog 进行门级建模的时候，除了使用内置的门单元（and、or、nor等）之外，还可以使用自定义的逻辑门，这些自定义的逻辑门就是 User-defined primitives （UDPs）。

and、or、nor 等这些门单元属于是 Verilog 自带的一整套标准原语，即通常所说的内置原语。

但是当我们需要使用更加复杂的门电路的时候，这些内置原语不能满足需求，就需要使用 UDPs。

UDPs的出现，给予了IC工程师定义自己设计的基本逻辑元件的能力。但是 UDP 语句没有办法综合，因此它更多的使用在验证功能上。

UDPs 可以分为如三类：

组合逻辑 UDPs
时序逻辑 UDPs
混合型 UDPs

基本语法

UDPs 的基本结构如下：

primitive name(/*在括号内定义端口*/); 

	table
		/*在这里定义输入与输出的的关系*/
	endtable

endprimitive

① primitive 和 endprimitive 类似于 module 和 endmodule；

② UDP可以有多个输入，但是只能存在一个输出，在端口声明的时候，输出端口需要处在第一个的位置上；

③ inout 双向端口在UDP中不被允许，同时无论是输入端口还是输出端口都必须是标量（即一位位宽）；

④ 时序逻辑UDP，输出端口都需要定义成reg型；

⑤ 时序逻辑的UDP中，可以使用 initial 语句对 reg 类型变量（输出）进行赋初值；

组合逻辑的UDP

使用 UDPs 定义的一个 mux 如下所示：

primitive mux_tmp (q,d0,d1,s);
	output q;		// 输出端口放在第一个
	intput s,d0,d1;
	table
	//	d0	d1 	s	:	q
		0	?	0	:	0 ;
		1	?	0	:	1 ;
		?	0	1	:	0 ;
		?	1	1	:	1 ;
		0	o	x	:	0 ;
		1	1	x	:	1 ;
	endtable
endprimitive

关于状态表：

① 状态表的每一行的输出端口顺序一定要和端口列表相同；

② 输入和输出之间使用 : 隔开，每一行以 ; 结束；

③ 状态表中的值可以包含 0、1 或 x ，? 表示的是无关项。UDP不能处理z值，输入UDP的 z 值被当作 x 值处理；

④ 尽可能完整的列出UDP中的状态表，对于没有给出的输入组合情况，默认输出为不定态 x；

时序逻辑的UDP

① 时序逻辑的 UDP 的输出必须声明为 reg 类型，并且可以使用 initial 进行初始化；

② 时序逻辑 UDP 状态表的每一行内容为：<输入1><输入2>…<输入N> : <当前状态> : <下一状态>

③ 状态表的输入项可以是电平或者跳变沿的形式，输出项中的 - 表示的是状态保持不变

④ 当前状态是寄存器的当前值，下一状态是计算得到值会被存到寄存器中成为新值。

示例1：电平敏感

带清零端口的电平敏感的锁存器对应的 UDP 如下所示：

primitive latch(output reg q = 0
                input d, clock, clear);
	initial q = 0; 	// 锁存器的初始值为 0
	table  
		//	d   clock   clear  :  q : q+;
			?     ?       1    :  ? : 0;
		//	clock = 1 时将 d 值锁存到 q 中
			1     1       0    :  ? ：1;
			0     1       0    :  ? : 0;
			?     0       0    :  ? : -;
	endtable
endprimitive

示例2：边沿敏感

带清零端口，时钟下降沿敏感的 D 触发器的 UDP 如下：


primitive edge_dff(output reg q=0
                    input d, clock, clear);
table
//  d  clock clear : q : q+;
    ?    ?    1    : ? : 0 ;
    ?    ?    (10) : ? : - ;    //(10) 由1向0跳变
    1    (10) 0    : ? : 1 ;
    0    (10) 0    : ? : 0 ;
    ?    (1x) 0    : ? : - ;    //(1x)由1向不确定状态跳变
    ?    (0?) 0    : ? : - ;    
    ?    (x1) 0    : ? : - ;
    (??) ?    0    : ? : - :    //(??)信号值再0，1，x三者之间任意跳变
endtable
endprimitive