Verilog 数据类型

Verilog 最常用的 2 种数据类型就是线网（wire）与寄存器（reg），其余类型可以理解为这两种数据类型的扩展或辅助。

线网（wire）

wire 类型表示硬件单元之间的物理连线，由其连接的器件输出端连续驱动。如果没有驱动元件连接到 wire 型变量，缺省值一般为 "Z"。举例如下：

实例

wire   interrupt ;

wire   flag1, flag2 ;

wire   gnd = 1'b0 ;  

线网型还有其他数据类型，包括 wand，wor，wri，triand，trior，trireg 等。这些数据类型用的频率不是很高，这里不做介绍。

寄存器（reg）

寄存器（reg）用来表示存储单元，它会保持数据原有的值，直到被改写。声明举例如下：

实例

reg    clk_temp;

reg    flag1, flag2 ;

例如在 always 块中，寄存器可能被综合成边沿触发器，在组合逻辑中可能被综合成 wire 型变量。寄存器不需要驱动源，也不一定需要时钟信号。在仿真时，寄存器的值可在任意时刻通过赋值操作进行改写。例如：

实例

reg rstn ;

initial begin

    rstn = 1'b0 ;

    #100 ;

    rstn = 1'b1 ;

end

向量

当位宽大于 1 时，wire 或 reg 即可声明为向量的形式。例如：

实例

reg [3:0]      counter ;    //声明 4bit 位宽的寄存器 counter

wire [32-1:0]  gpio_data;   //声明 32bit 位宽的线型变量 gpio_data

wire [8:2]     addr ;       //声明 7bit 位宽的线型变量 addr，位宽范围为 8:2

reg [0:31]     data ;       //声明 32bit 位宽的寄存器变量 data, 最高有效位为 0

对于上面的向量，我们可以指定某一位或若干相邻位，作为其他逻辑使用。例如：

实例

wire [9:0]     data_low = data[0:9] ;

addr_temp[3:2] = addr[8:7] + 1'b1 ;

Verilog 支持可变的向量域选择，例如：

实例

reg [31:0]     data1 ;

reg [7:0]      byte1 [3:0];

integer j ;

always@* begin

    for (j=0; j<=3;j=j+1) begin

        byte1[j] = data1[(j+1)*8-1 : j*8];

        //把 data1[7:0]…data1[31:24]依次赋值给 byte1[0][7:0]…byte[3][7:0]

    end

end

Verillog 还支持指定 bit 位后固定位宽的向量域选择访问。

• [bit+: width] : 从起始 bit 位开始递增，位宽为 width。

• [bit-: width] : 从起始 bit 位开始递减，位宽为 width。

实例

//下面 2 种赋值是等效的

A = data1[31-: 8] ;

A = data1[31:24] ;

//下面 2 种赋值是等效的

B = data1[0+ : 8] ;

B = data1[0:7] ;

对信号重新进行组合成新的向量时，需要借助大括号。例如：

实例

wire [31:0]    temp1, temp2 ;

assign temp1 = {byte1[0][7:0], data1[31:8]};  //数据拼接

assign temp2 = {32{1'b0}};  //赋值 32 位的数值 0  

整数，实数，时间寄存器变量

整数，实数，时间等数据类型实际也属于寄存器类型。

整数（integer）

整数类型用关键字 integer 来声明。声明时不用指明位宽，位宽和编译器有关，一般为 32 bit。reg 型变量为无符号数，而 integer 型变量为有符号数。例如：

实例

reg [31:0]      data1 ;

reg [3:0]       byte1 [7:0]; //数组变量，后续介绍

integer j ;  //整型变量，用来辅助生成数字电路

always@* begin

    for (j=0; j<=3;j=j+1) begin

        byte1[j] = data1[(j+1)*8-1 : j*8];

        //把 data1[7:0]…data1[31:24]依次赋值给 byte1[0][7:0]…byte[3][7:0]

        end

end

此例中，integer 信号 j 作为辅助信号，将 data1 的数据依次赋值给数组 byte1。综合后实际电路里并没有 j 这个信号，j 只是辅助生成相应的硬件电路。

实数（real）

实数用关键字 real 来声明，可用十进制或科学计数法来表示。实数声明不能带有范围，默认值为 0。如果将一个实数赋值给一个整数，则只有实数的整数部分会赋值给整数。例如：

实例

real        data1 ;

integer     temp ;

initial begin

    data1 = 2e3 ;

    data1 = 3.75 ;

end

initial begin

    temp = data1 ; //temp 值的大小为 3

end

时间（time）

Verilog 使用特殊的时间寄存器 time 型变量，对仿真时间进行保存。其宽度一般为 64 bit，通过调用系统函数 $time 获取当前仿真时间。例如：

实例

time       current_time ;

initial begin

       #100 ;

       current_time = $time ; //current_time 的大小为 100

end

数组

在 Verilog 中允许声明 reg, wire, integer, time, real 及其向量类型的数组。

数组维数没有限制。线网数组也可以用于连接实例模块的端口。数组中的每个元素都可以作为一个标量或者向量，以同样的方式来使用，形如：<数组名>[<下标>]。对于多维数组来讲，用户需要说明其每一维的索引。例如：

实例

integer          flag [7:0] ; //8 个整数组成的数组

reg  [3:0]       counter [3:0] ; //由 4 个 4bit 计数器组成的数组

wire [7:0]       addr_bus [3:0] ; //由 4 个 8bit wire 型变量组成的数组

wire             data_bit[7:0][5:0] ; //声明 1bit wire 型变量的二维数组

reg [31:0]       data_4d[11:0][3:0][3:0][255:0] ; //声明 4 维的 32bit 数据变量数组

下面显示了对数组元素的赋值操作：

实例

flag [1]   = 32'd0 ; //将 flag 数组中第二个元素赋值为 32bit 的 0 值

counter[3] = 4'hF ;  //将数组 counter 中第 4 个元素的值赋值为 4bit 十六进制数 F，等效于 counter[3][3:0] = 4'hF，即可省略宽度;

assign addr_bus[0]        = 8'b0 ; //将数组 addr_bus 中第一个元素的值赋值为 0

assign data_bit[0][1]     = 1'b1;  //将数组 data_bit 的第 1 行第 2 列的元素赋值为 1，这里不能省略第二个访问标号，即 assign data_bit[0] = 1'b1; 是非法的。

data_4d[0][0][0][0][15:0] = 15'd3 ;  //将数组 data_4d 中标号为[0][0][0][0]的寄存器单元的 15~0bit 赋值为 3

虽然数组与向量的访问方式在一定程度上类似，但不要将向量和数组混淆。向量是一个单独的元件，位宽为 n；数组由多个元件组成，其中每个元件的位宽为 n 或 1。它们在结构的定义上就有所区别。

存储器

存储器变量就是一种寄存器数组，可用来描述 RAM 或 ROM 的行为。例如：

实例

reg               membit[0:255] ;  //256bit 的 1bit 存储器

reg  [7:0]        mem[0:1023] ;    //1Kbyte 存储器，位宽 8bit

mem[511] = 8'b0 ;                  //令第 512 个 8bit 的存储单元值为 0

参数

参数用来表示常量，用关键字 parameter 声明，只能赋值一次。例如：

实例

parameter      data_width = 10'd32 ;

parameter      i=1, j=2, k=3 ;

parameter      mem_size = data_width * 10 ;

但是，通过实例化的方式，可以更改参数在模块中的值。此部分以后会介绍。

局部参数用 localparam 来声明，其作用和用法与 parameter 相同，区别在于它的值不能被改变。所以当参数只在本模块中调用时，可用 localparam 来说明。

字符串

字符串保存在 reg 类型的变量中，每个字符占用一个字节（8bit）。因此寄存器变量的宽度应该足够大，以保证不会溢出。

字符串不能多行书写，即字符串中不能包含回车符。如果寄存器变量的宽度大于字符串的大小，则使用 0 来填充左边的空余位；如果寄存器变量的宽度小于字符串大小，则会截去字符串左边多余的数据。例如，为存储字符串 "run.runoob.com", 需要 14*8bit 的存储单元：

实例

reg [0: 14*8-1]       str ;

initial begin

    str = "run.runoob.com";

end  

有一些特殊字符在显示字符串中有特殊意义，例如换行符，制表符等。如果需要在字符串中显示这些特殊的字符，则需要在前面加前缀转义字符 \ 。例如下表所示：

其实，在 SystemVerilog（主要用于 Verilog 仿真的编程语言）语言中，已经可以直接用关键字 string 来表示字符串变量类型，这为 Verilog 的仿真带来了极大的便利。有兴趣的学者可以简单学习下 SystemVerilog。