Verilog è un linguaggio di descrizione hardware (HDL) utilizzato per progettare, simulare e verificare sistemi elettronici digitali, in particolare circuiti integrati (IC). Conceputo negli anni '80, Verilog consente agli ingegneri di descrivere il comportamento e la struttura dei sistemi elettronici a vari livelli di astrazione, dall'algoritmo di alto livello fino al livello dei gate. Il suo ruolo principale è quello di facilitare la simulazione e la sintesi di circuiti logici digitali, consentendo la progettazione e la verifica efficienti di componenti hardware complessi come CPU, FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) e ASIC (Application-Specific Integrated Circuits).
Verilog è nato nel 1984 come linguaggio proprietario sviluppato da Gateway Design Automation. Il suo scopo iniziale era fornire uno strumento di modellazione per sistemi digitali. Nel 1990, è stato acquisito da Cadence Design Systems, il che ha facilitato una più ampia adozione del linguaggio nell'industria elettronica.
Nel 1995, Verilog è stato standardizzato come IEEE 1364, segnando la sua ufficialità come standard HDL. Questa standardizzazione ha contribuito in modo significativo alla popolarità di Verilog, permettendogli di competere con altri HDL, in particolare VHDL, che aveva guadagnato prominenza negli anni '80 grazie al suo utilizzo in applicazioni militari e aerospaziali.
Negli anni successivi, Verilog si è evoluto per includere costrutti per metodologie di progettazione moderne come SystemVerilog, un'estensione che incorpora funzionalità sia di Verilog che di paradigmi di programmazione orientata agli oggetti. Oggi, SystemVerilog rappresenta sia uno strumento di verifica che di progettazione, migliorando ulteriormente le capacità di Verilog.
Attualmente, Verilog e le sue estensioni continuano a essere un linguaggio fondamentale nell'industria dell'automazione della progettazione elettronica (EDA), con un robusto ecosistema di strumenti forniti da varie grandi aziende come Synopsys, Mentor Graphics e Cadence.
Il blocco fondamentale in Verilog è il modulo. I moduli contengono ingressi, uscite e logica interna.
module my_adder(input a, input b, output sum);
assign sum = a + b;
endmodule
Verilog supporta blocchi procedurali come always e initial, che consentono logica sequenziale e inizializzazione.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Sull'edge crescente di clk, assegna d a q
end
Le assegnazioni continue possono essere effettuate utilizzando la dichiarazione assign, che garantisce che l'uscita rifletta immediatamente il cambiamento degli ingressi.
wire out;
assign out = a & b; // Porta AND
Verilog consente la modellazione diretta utilizzando primitive integrate come AND, OR e NOT.
and my_and(out, a, b); // Instanzia una porta AND
I testbench sono utilizzati in Verilog per simulare e verificare la funzionalità di un progetto.
module tb_my_adder;
reg a, b;
wire sum;
my_adder dut (.a(a), .b(b), .sum(sum)); // Instanzia il progetto
initial begin
a = 0; b = 0; #10; // Applica ingressi e aspetta
a = 1; #10;
b = 1; #10;
end
endmodule
Verilog supporta dichiarazioni condizionali come if, case per la presa di decisioni nei blocchi procedurali.
if (sel) begin
out = a;
end else begin
out = b;
end
I cicli possono essere utilizzati in Verilog per assegnazioni e operazioni ripetitive.
for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
// Esegui operazioni
end
Verilog consente moduli parametrizzati, permettendo di riutilizzare i progetti con configurazioni diverse.
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 fornisce la capacità di definire task e funzioni per un design di codice modulare.
function [7:0] add(input [7:0] a, input [7:0] b);
add = a + b;
endfunction
Le assegnazioni non bloccanti utilizzando l'operatore <= consentono una migliore modellazione dei progetti sincroni.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Programmato per l'esecuzione successiva
end
Lo sviluppo in Verilog è facilitato attraverso una varietà di strumenti e IDE. I software comunemente utilizzati includono ModelSim, Synopsys VCS e Cadence Incisive, che forniscono capacità di simulazione, sintesi e debug.
Per costruire un progetto Verilog, di solito scrivi il tuo codice Verilog in file .v. Puoi quindi invocare un simulatore o uno strumento di sintesi dalla riga di comando o all'interno di un IDE. Ad esempio, un comando di compilazione potrebbe apparire così:
vcs my_design.v -o my_sim
Dopo la compilazione, puoi eseguire la simulazione con:
./my_sim
Verilog è prevalentemente utilizzato nella progettazione e verifica di circuiti digitali, inclusi:
La sua capacità di modellare l'hardware a vari livelli di astrazione lo rende versatile per numerose applicazioni nell'industria elettronica.
Verilog è spesso confrontato con altri linguaggi HDL come VHDL. Sebbene entrambi servano scopi simili, Verilog è generalmente considerato più facile da apprendere grazie alla sua sintassi semplificata simile al linguaggio di programmazione C. VHDL è preferito per progetti più verbosi che richiedono un forte controllo dei tipi ed è spesso utilizzato in applicazioni governative e aerospaziali.
Rispetto ai linguaggi di programmazione software come C e Java, Verilog si concentra sulle strutture hardware e sui processi concorrenti, mentre i linguaggi software gestiscono logica sequenziale e procedurale. Python può essere utilizzato per test ad alto livello e per l'elaborazione dei dati di simulazione, ma non fornisce un metodo diretto per la descrizione hardware.
Per coloro che cercano di tradurre progetti Verilog in altri formati HDL, esistono strumenti come Calyx e altri software open-source per facilitare questo processo. Tuttavia, le caratteristiche specifiche di Verilog possono rendere le traduzioni dirette difficili a causa delle differenze intrinseche nell'astrazione e nell'intento di ciascun linguaggio.
Strumenti come Verilator o Yosys sono stati sviluppati per aiutare a convertire il codice Verilog in vari formati o ottimizzarlo, e offrono capacità di sintesi e simulazione. Questi strumenti sono particolarmente utili per integrare progetti Verilog in ambienti orientati al flusso.