Verilog奇技淫巧（二）

1. Verilog系统函数及其作用总结

$time用来查看当前仿真时刻，返回一个64bit的整数来表示的当前仿真时刻；

$ realtime和$time的作用相同，$realtime但是返回的时间数字是一个实型数；

$readmemb，用来从文件中读取数据到存储器中；

2. Verilog系统任务及其作用总结

3.Verilog 运算符优先级速记

名称	运算符	优先级（数字越大越高）
按位取反，逻辑取反	~、!	12
乘除，取模	*、/、%	11
加，减	+、-	10
移位	>>、<<	9
比较运算符	>、>=、<、<=	8
等式	、!=、=、！==	7
按位与	&、~&	6
按位异或	^、~	5
按位或	\|、~\|	4
逻辑与	&&	3
逻辑或	\|\|	2
三目运算符	？：	1

口诀：取反乘除，取模移比等，与异或，按位前，逻辑后（三目最低，特记）

抽象口诀：翻蟾蜍去摸一比登，与一伙前后安慰

情景解释：将蟾蜍翻过身来，用有粘液那侧摸到一个壁灯的身上，在忙忙道歉后，与旁边一伙人前后安慰。（前按位后逻辑，按位的优先级更高；此外，无论是按位还是逻辑中都是与在前，或在后）

4.状态机和计数器的选择

计数器的优势：

简单性：计数器通常比状态机更简单，易于设计和理解。它们主要用于实现基本的计数和计时功能，例如生成脉冲或计算时钟周期数。
低资源消耗：由于计数器的设计相对简单，它们通常需要较少的硬件资源，因此适用于资源受限的应用或嵌入式系统。
低时延：计数器通常具有较低的时延，因为它们执行简单的计数操作，不涉及复杂的状态转换。

状态机的优势：

复杂控制：状态机适用于需要复杂控制逻辑的情况。它们可以处理多个状态和状态转换，并具有更高的灵活性，以实现多种功能。
状态记忆：状态机可以存储和管理多个状态，以处理复杂的控制流程。这使得状态机适用于协议处理、状态机制控制等应用。
状态同步：状态机通常用于同步输入信号的状态，以便执行特定的操作。这在通信协议和数据处理中非常有用。
状态编码：状态机可以使用不同的状态编码来优化性能和资源利用率，以满足特定设计需求。
高级控制：状态机可以实现高级控制功能，如有限状态机（FSM）或流水线控制。这些功能对于复杂的数据处理和控制任务非常有用。

计数器适用于简单的计数和计时任务，而状态机更适用于需要复杂的控制逻辑、状态记忆和同步的任务。在Verilog中，您可以根据具体的设计需求选择使用计数器、状态机或两者的组合，以实现所需的功能。最佳选择取决于项目的性质和目标。

状态机的具体使用场景：

通信协议处理：状态机用于处理通信协议，例如UART通信中的数据帧解析，以太网帧处理，或者USB协议处理。状态机可以根据不同的状态解析和处理输入数据。
控制逻辑：状态机在控制逻辑中广泛使用，如有限状态机（FSM）用于实现多个控制模式或状态转换。例如，一个嵌入式系统可以具有不同的电源模式（开机、关机、休眠），状态机可以管理这些模式之间的切换。
多通道选择器：状态机可以用于选择多个输入通道之一，例如音频或视频路由器中的通道选择。
数据处理：在数字信号处理中，状态机可以用于执行滤波、编解码、信号处理或图像处理等操作。状态机的状态可以表示不同的处理步骤。
控制有限资源：当有限资源需要分配给不同的任务时，状态机可以用于管理和分配这些资源，以确保资源的有效使用。

计数器的具体使用场景：

时序生成：计数器广泛用于生成时序信号，例如产生特定频率的脉冲信号、定时器或倒计时器。
数据采样：计数器可用于在特定时间间隔内进行数据采样，例如ADC（模数转换器）的时钟控制。
定时任务：计数器用于定时执行任务，例如周期性地清除缓存、更新显示或定期发送数据。
频率分割器：计数器可以用于分频信号，将高频率信号降低到所需的频率，例如将时钟信号降频。
计数和计量：计数器用于计算事件的数量，例如在输入脉冲到达时计数，或测量时间的经过。

5.状态机三段式关于第一段同步时序的解答

“同步时序” 是指状态机的状态转换和操作是通过系统的时钟信号同步发生的。这意味着状态机的每个状态和状态转换都与时钟的上升沿或下降沿（取决于时钟极性）对齐。同步时序确保状态机的行为在特定的时钟周期内发生，具有可预测性和可重复性。

在 FPGA 和 ASIC 设计中，同步时序是至关重要的，因为它确保了状态机的稳定性和可靠性。通过与时钟同步，状态机的状态转换和操作不会受到时序问题的影响，因此可以在给定的时钟周期内正确执行。

同步时序的好处包括：

时序可控性： 状态机的行为在时钟信号的上升沿或下降沿发生，因此在每个时钟周期内都具有确定的行为。
减少时序问题： 通过与时钟同步，可以减少由于时序问题（如时钟抖动或信号延迟）导致的不稳定性。
容易分析和验证： 同步时序的状态机更容易分析、仿真和验证，因为它的行为在时钟周期内是可预测的。
适应高速设计： 同步时序状态机适用于高速设计，因为它们可以更好地处理时序问题，而无需额外的异步信号同步电路。

需要注意的是，在某些特殊的应用中，可能需要异步状态机或异步逻辑来处理特定的时序要求。但通常情况下，同步时序是首选的设计方法，因为它提供了更稳定和可控的状态机行为。

6.同步复位和异步复位的回顾

6.1同步复位（Synchronous Reset）：

同步复位是与系统时钟信号同步发生的复位操作。这意味着复位信号与时钟的边沿对齐（通常是上升沿或下降沿），复位只会在特定时钟周期内生效。
同步复位适用于需要确保在特定时钟周期内进行初始化的情况，以保持状态机的可控性和可预测性

例如，可以使用以下方式在Verilog中实现同步复位：

always @(posedge clk) begin
  if (reset) begin
    // 在时钟上升沿下执行复位操作
    // 将寄存器初始化为已知值
  end else begin
    // 正常操作
  end
end

6.2异步复位（Asynchronous Reset）：

异步复位是独立于时钟信号的复位操作，它不需要与时钟信号同步。复位信号可以在任何时间生效，并立即将电路复位到已知状态。
异步复位通常用于需要快速将电路复位到已知状态的情况，而不需要等待时钟信号。

例如，可以使用以下方式在Verilog中实现异步复位：

always @(posedge clk or posedge reset) begin
  if (reset) begin
    // 在复位信号上升沿下执行复位操作
    // 将寄存器初始化为已知值
  end else begin
    // 正常操作
  end
end

选择同步复位还是异步复位取决于设计的需求。同步复位通常更容易分析和验证，因为它与时钟同步，但在某些情况下，异步复位可能更合适，因为它能够快速响应复位请求。在设计中正确使用复位是确保电路可靠性和可控性的重要部分。

同步时序 vs. 异步时序：
- 同步时序：状态机或电路的操作与系统的时钟信号同步。状态机的状态转换和操作都会在时钟信号的上升沿或下降沿发生。
- 异步时序：状态机或电路的操作不与系统时钟信号同步。操作可能在任何时间发生，而不受时钟边沿的限制。
同步复位 vs. 异步复位：
- 同步复位：复位信号与系统时钟信号同步。复位信号通常在时钟边沿上生效，并在特定的时钟周期内执行复位操作。
- 异步复位：复位信号不与系统时钟信号同步。复位信号可能在任何时间发生，并立即执行复位操作，不受时钟边沿的影响。

在实际电路设计中，同步时序通常更容易处理和验证，因为操作和状态转换在特定的时钟边沿上发生，具有可预测性。同样，同步复位也更容易控制，因为它与时钟同步，可以确保复位信号不会在不合适的时间触发。

异步时序和异步复位通常用于特殊情况，例如需要快速响应外部事件或需要处理不同时钟域的信号。在这些情况下，需要特别小心设计，以确保正确性和可靠性。因此，通常情况下，同步时序和同步复位是首选的设计方法。

7.数据类型

Wire（线）： Wire类型通常用于表示组合逻辑中的信号传递。它们是连续的，没有存储能力，只能在不同的逻辑块之间传递信号值。
Reg（寄存器）： Reg类型通常用于表示时序逻辑中的寄存器或存储元件。它们可以存储数据，并在时钟边沿上更新。在Verilog中，"reg"关键字用于定义寄存器类型。
Integer（整数）： Integer类型表示整数值。它们通常用于进行数学运算和计数，但不适用于硬件描述中。
Real（实数）： Real类型表示浮点数或实数值。它们通常用于仿真和模拟，而不用于硬件描述。
Time（时间）： Time类型表示时间值，通常以纳秒为单位。它们用于在仿真中表示时间延迟和时序约束。
Parameter（参数）： Parameter类型表示常量值，可以在模块内部或外部进行配置。它们通常用于在模块中定义常量参数。
Enum（枚举）： Enum类型表示一组有限的命名值，通常用于定义状态机状态或状态机状态转换。
Struct（结构体）： Struct类型允许用户定义复杂的自定义数据类型，其中包含多个成员变量。
Array（数组）： Array类型允许用户定义具有相同数据类型的多个元素的数据结构。