Verilog HDL 函数与任务的使用

2023-02-07
山东
本文字数：2466 字
阅读完需：约 8 分钟

⭐本专栏针对 FPGA 进行入门学习，从数电中常见的逻辑代数讲起，结合 Verilog HDL 语言学习与仿真，主要对组合逻辑电路与时序逻辑电路进行分析与设计，对状态机 FSM 进行剖析与建模。
🔥文章和代码已归档至【Github 仓库：hardware-tutorial】，需要的朋友们自取。或者关注公众号【AIShareLab】，回复 FPGA 也可获取。

函数（function）说明语句

函数的定义

函数定义部分可以出现在模块说明中的任何位置，其语法格式如下：

function <返回值类型或位宽> <函数名>；    <输入参量与类型声明>    <局部变量声明>    行为语句；endfunction

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函数的调用

函数调用是表达式的一部分，其格式如下：

<函数名> （<输入表达式1>，……<输入表达式n>）；

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其中输入表达式的排列顺序必须与各个输入端口在函数定义结构中的排列顺序一致。

关于函数的几点说明

函数不能由时间控制语句甚至延迟运算符组成。
函数至少有一个输入参数声明。
函数可以由函数调用组成，但函数不能由任务组成。
函数在零模拟时间内执行，并在调用时返回单个值。
在编写可综合 RTL 时，不建议使用函数。
函数用于编写行为或可仿真模型。
函数不应具有非阻塞赋值。

例用定义 fu3nction 与调用 function 的方法完成 4 选 1 数据选择器设计。

（1）设计块(Design Block)代码如下：

`timescale  1ns/1ns    //定义时间单位module  SEL4to1  ( A, B, C, D, SEL, F );    input  A, B, C, D;    input  [1:0] SEL;    output  F;  assign F= SEL4to1FUNC ( A, B, C, D, SEL );//调用函数    //定义函数    function  SEL4to1FUNC;    //注意此行不需要端口名列表      input  A1, B1, C1, D1;  //函数的输入参量声明      input  [1:0] SEL1;      //函数的输入参量声明      case(SEL1)        2'd0: SEL4to1FUNC = A1;        2'd1: SEL4to1FUNC = B1;        2'd2: SEL4to1FUNC = C1;        2'd3: SEL4to1FUNC = D1;      endcase    endfunctionendmodule

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（2）激励块(Test Bench)

`timescale  1ns/1ns    //定义时间单位module Test_SEL4to1();//declare variables to be connected to inputs  reg IN0, IN1, IN2, IN3;  reg [1:0]SEL;  wire OUT;      //Declare output wire//Instantiate the Design Block  SEL4to1 mymux(.A(IN0), .B(IN1), .C(IN2), .D(IN3), .SEL(SEL), .F(OUT) );
//Stimulate the inputsinitial  begin    IN0 = 1;  IN1 = 0; IN2 = 0; IN3 = 0; //set input lines    #10  $display ($time, "\t IN0= %b, IN1= %b, IN2= %b,                    IN3= %b \n", N0, IN1, IN2, IN3);      #10   SEL = 2'b00;   //choose IN0    #30   SEL = 2'b01;   //choose IN1    #30   SEL = 2'b10;   //choose IN2    #100  SEL = 2'b11;   //choose IN3    #100 $stop;          //总仿真时间为280ns  end always begin       #5 IN2 = ~IN2;   //每隔 5ns，IN2改变一次状态   endalways begin       #10 IN3 = ~IN3;  //每隔10ns，IN3改变一次状态   end//Monitor the outputsinitial      $monitor ($time,  "\t SEL=%b,  OUT = %b \n", SEL, OUT);endmodule

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（3）仿真结果：

4 选 1 数据选择器的仿真波形

例：2 选 1 数据选择器(Design Block)

module MUX2_1(A,B,SEL,OUT);    output OUT;    input A,B,SEL;
    assign OUT = SEL2_1_FUNC(A,B,SEL); //调用函数        //定义函数    function SEL2_1_FUNC; //此行不需要端口名列表      input A,B,SEL;      //函数的输入参量声明   if (SEL==0)          SEL2_1_FUNC = A;   else  SEL2_1_FUNC = B;    endfunction
endmodule

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例：使用函数计数 1 的个数的模块。

module count_one_function (data_in, out);  input      [7:0] data_in;  output reg [3:0] out;  always @(data_in)     out = count_1s_in_byte(data_in);
  // function declaration from here.  function [3:0] count_1s_in_byte(input [7:0] data_in);     integer i;     begin  count_1s_in_byte = 0;  for(i=0; i<=7; i=i+1)    if(data_in[i] == 1)      count_1s_in_byte = count_1s_in_byte +1;     end  endfunctionendmodule

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任务（task）说明语句

任务的定义

task <任务名>；    端口与类型说明；   变量声明；   语句1；   语句2；   .....   语句n；endtask

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任务的调用

一个任务由任务调用语句调用，任务调用语句给出传入任务的参数值和接收结果的变量值，其语法如下：

<任务名>  （端口1，端口2，……，端口n）；

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关于任务的几点说明

1) 任务可以由时间控制语句甚至延迟操作符组成。2) 任务可以有输入和输出声明。3) 任务可以由函数调用组成，但函数不能由任务组成。4) 任务可以有输出参数，在调用时不用于返回值。5) 任务可用于调用其他任务。6) 在编写可综合RTL时，不建议使用任务。7) 任务用于编写行为或可仿真模型。

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例：使用任务从给定字符串中计算 1 的个数。

module count_one_task (data_in, out);  input      [7:0] data_in;  output reg [3:0] out;  always @(data_in)     count_1s_in_byte(data_in, out);
  // task declaration from here.  task count_1s_in_byte(input      [7:0] data_in,                         output reg [3:0] count                        );     integer i;     begin             // task functional description  count = 0;  for(i=0; i<=7; i=i+1)    if(data_in[i] == 1)      count = count + 1;     end  endtaskendmodule

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参考文献：

Verilog HDL 与 FPGA 数字系统设计，罗杰，机械工业出版社，2015 年 04 月
Verilog HDL 与 CPLD/FPGA 项目开发教程(第 2 版), 聂章龙, 机械工业出版社, 2015 年 12 月
Verilog HDL 数字设计与综合(第 2 版), Samir Palnitkar 著，夏宇闻等译, 电子工业出版社, 2015 年 08 月
Verilog HDL 入门(第 3 版), J. BHASKER 著夏宇闻甘伟译, 北京航空航天大学出版社, 2019 年 03 月

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函数（function）说明语句

函数的定义

函数的调用

关于函数的几点说明

例 用定义 fu3nction 与调用 function 的方法完成 4 选 1 数据选择器设计。

例：2 选 1 数据选择器(Design Block)

例：使用函数计数 1 的个数的模块。

任务（task）说明语句

任务的定义

任务的调用

关于任务的几点说明

例：使用任务从给定字符串中计算 1 的个数。

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