Verilog es un lenguaje de descripción de hardware (HDL) utilizado para diseñar, simular y verificar sistemas electrónicos digitales, particularmente circuitos integrados (ICs). Concebido en la década de 1980, Verilog permite a los ingenieros describir el comportamiento y la estructura de los sistemas electrónicos en varios niveles de abstracción, desde el algoritmo de alto nivel hasta el nivel de compuerta. Su función principal es facilitar la simulación y síntesis de circuitos lógicos digitales, permitiendo el diseño y verificación eficientes de componentes de hardware complejos como CPUs, FPGAs (Matrices de Puertas Programables en Campo) y ASICs (Circuitos Integrados de Aplicación Específica).
Verilog se originó en 1984 como un lenguaje propietario desarrollado por Gateway Design Automation. Su propósito inicial era proporcionar una herramienta de modelado para sistemas digitales. En 1990, fue adquirido por Cadence Design Systems, lo que facilitó una adopción más amplia del lenguaje en la industria electrónica.
En 1995, Verilog fue estandarizado como IEEE 1364, marcándolo como un estándar oficial de HDL. Esta estandarización contribuyó significativamente a la popularidad de Verilog, permitiéndole competir con otros HDLs, notablemente VHDL, que había ganado prominencia en la década de 1980 a través de su uso en aplicaciones militares y aeroespaciales.
En los años posteriores, Verilog ha evolucionado para incluir construcciones para metodologías de diseño modernas como SystemVerilog, una extensión que incorpora características tanto de Verilog como de paradigmas de programación orientada a objetos. Ahora, SystemVerilog representa tanto una herramienta de verificación como de diseño, mejorando aún más las capacidades de Verilog.
En la actualidad, Verilog y sus extensiones continúan siendo un lenguaje fundamental en la industria de automatización de diseño electrónico (EDA), con un ecosistema robusto de herramientas proporcionadas por diversas empresas importantes como Synopsys, Mentor Graphics y Cadence.
El bloque básico en Verilog es el módulo. Los módulos contienen entradas, salidas y lógica interna.
module my_adder(input a, input b, output sum);
assign sum = a + b;
endmodule
Verilog soporta bloques procedimentales como always e initial, que permiten lógica secuencial e inicialización.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // En el flanco ascendente de clk, asignar d a q
end
Se pueden hacer asignaciones continuas utilizando la sentencia assign, que asegura que la salida refleje el cambio en las entradas de inmediato.
wire out;
assign out = a & b; // Puerta AND
Verilog permite el modelado directo utilizando primitivas integradas como AND, OR y NOT.
and my_and(out, a, b); // Instancia una puerta AND
Los bancos de pruebas se utilizan en Verilog para simular y verificar la funcionalidad de un diseño.
module tb_my_adder;
reg a, b;
wire sum;
my_adder dut (.a(a), .b(b), .sum(sum)); // Instanciar el diseño
initial begin
a = 0; b = 0; #10; // Aplicar entradas y esperar
a = 1; #10;
b = 1; #10;
end
endmodule
Verilog soporta sentencias condicionales como if, case para la toma de decisiones en bloques procedimentales.
if (sel) begin
out = a;
end else begin
out = b;
end
Se pueden usar bucles en Verilog para asignaciones y operaciones repetitivas.
for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
// Realizar operaciones
end
Verilog permite módulos parametrizados, lo que habilita que los diseños sean reutilizados con diferentes configuraciones.
module my_multiplier #(parameter WIDTH = 8)(input [WIDTH-1:0] a, input [WIDTH-1:0] b, output [2*WIDTH-1:0] product);
assign product = a * b;
endmodule
Verilog proporciona la capacidad de definir tareas y funciones para un diseño de código modular.
function [7:0] add(input [7:0] a, input [7:0] b);
add = a + b;
endfunction
Las asignaciones no bloqueantes utilizando el operador <= permiten un mejor modelado de diseños sincrónicos.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Programado para ejecución posterior
end
El desarrollo en Verilog se facilita a través de una variedad de herramientas e IDEs. El software comúnmente utilizado incluye ModelSim, Synopsys VCS y Cadence Incisive, que proporcionan capacidades de simulación, síntesis y depuración.
Para construir un proyecto en Verilog, típicamente escribes tu código Verilog en archivos .v. Luego puedes invocar un simulador o herramienta de síntesis desde la línea de comandos o dentro de un IDE. Por ejemplo, un comando de compilación podría verse así:
vcs my_design.v -o my_sim
Después de la compilación, puedes ejecutar la simulación con:
./my_sim
Verilog se utiliza predominantemente en el diseño y verificación de circuitos digitales, incluyendo:
Su capacidad para modelar hardware en varios niveles de abstracción lo hace versátil para numerosas aplicaciones en la industria electrónica.
Verilog a menudo se compara con otros lenguajes HDL como VHDL. Si bien ambos sirven propósitos similares, Verilog es generalmente considerado más fácil de aprender debido a su sintaxis simplificada similar al lenguaje de programación C. VHDL es preferido para diseños más verbosos que requieren un fuerte chequeo de tipos y se utiliza a menudo en aplicaciones gubernamentales y aeroespaciales.
Cuando se compara con lenguajes de programación de software como C y Java, Verilog se centra en estructuras de hardware y procesos concurrentes, mientras que los lenguajes de software manejan lógica secuencial y procedimental. Python puede ser utilizado para pruebas de alto nivel y procesamiento de datos de simulación, pero no proporciona un método directo para la descripción de hardware.
Para aquellos que buscan traducir diseños de Verilog a otros formatos de HDL, existen herramientas como Calyx y otro software de código abierto para facilitar este proceso. Sin embargo, las características específicas de Verilog pueden hacer que las traducciones directas sean desafiantes debido a las diferencias inherentes en la abstracción y la intención de cada lenguaje.
Herramientas como Verilator o Yosys han sido desarrolladas para ayudar a convertir código Verilog en varios formatos u optimizarlo, y ofrecen capacidades para síntesis y simulación. Estas herramientas son particularmente útiles para integrar diseños de Verilog en entornos orientados a flujos.