Verilog는 디지털 전자 시스템, 특히 집적 회로(IC)를 설계, 시뮬레이션 및 검증하는 데 사용되는 하드웨어 설명 언어(HDL)입니다. 1980년대에 구상된 Verilog는 엔지니어가 전자 시스템의 동작과 구조를 고수준 알고리즘에서 게이트 수준까지 다양한 추상화 수준에서 설명할 수 있도록 합니다. Verilog의 주요 역할은 디지털 논리 회로의 시뮬레이션 및 합성을 용이하게 하여 CPU, FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이) 및 ASIC(응용 프로그램 특정 집적 회로)과 같은 복잡한 하드웨어 구성 요소의 효율적인 설계 및 검증을 가능하게 하는 것입니다.
Verilog는 1984년 Gateway Design Automation에 의해 개발된 독점 언어로 시작되었습니다. 초기 목적은 디지털 시스템을 위한 모델링 도구를 제공하는 것이었습니다. 1990년, Cadence Design Systems에 인수되어 전자 산업에서 언어의 널리 사용되는 채택을 촉진했습니다.
1995년, Verilog는 IEEE 1364로 표준화되어 공식 HDL 표준으로 자리 잡았습니다. 이 표준화는 Verilog의 인기에 크게 기여하여 1980년대 군사 및 항공 우주 응용 프로그램에서 사용되었던 VHDL과 같은 다른 HDL과 경쟁할 수 있게 했습니다.
이후 몇 년 동안 Verilog는 SystemVerilog와 같은 현대 설계 방법론을 위한 구조를 포함하도록 발전했습니다. SystemVerilog는 Verilog와 객체 지향 프로그래밍 패러다임의 기능을 통합한 확장으로, 이제는 검증 및 설계 도구로서 Verilog의 기능을 더욱 향상시킵니다.
현재 Verilog와 그 확장은 전자 설계 자동화(EDA) 산업의 기본 언어로 계속 사용되고 있으며, Synopsys, Mentor Graphics 및 Cadence와 같은 다양한 주요 기업이 제공하는 강력한 도구 생태계를 갖추고 있습니다.
Verilog의 기본 구성 요소는 모듈입니다. 모듈은 입력, 출력 및 내부 논리를 포함합니다.
module my_adder(input a, input b, output sum);
assign sum = a + b;
endmodule
Verilog는 순차 논리 및 초기화를 허용하는 always 및 initial과 같은 절차적 블록을 지원합니다.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // clk의 상승 에지에서 d를 q에 할당
end
assign 문을 사용하여 연속 할당을 수행할 수 있으며, 이는 출력이 입력의 변화에 즉시 반영되도록 보장합니다.
wire out;
assign out = a & b; // AND 게이트
Verilog는 AND, OR 및 NOT과 같은 내장 원시를 사용하여 직접 모델링할 수 있습니다.
and my_and(out, a, b); // AND 게이트 인스턴스화
테스트벤치는 Verilog에서 설계의 기능을 시뮬레이션하고 검증하는 데 사용됩니다.
module tb_my_adder;
reg a, b;
wire sum;
my_adder dut (.a(a), .b(b), .sum(sum)); // 설계 인스턴스화
initial begin
a = 0; b = 0; #10; // 입력 적용 및 대기
a = 1; #10;
b = 1; #10;
end
endmodule
Verilog는 절차적 블록에서 의사 결정을 위한 if, case와 같은 조건문을 지원합니다.
if (sel) begin
out = a;
end else begin
out = b;
end
Verilog에서는 반복적인 할당 및 작업을 위해 루프를 사용할 수 있습니다.
for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
// 작업 수행
end
Verilog는 매개변수화된 모듈을 허용하여 다양한 구성으로 설계를 재사용할 수 있게 합니다.
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
Verilog는 모듈화된 코드 설계를 위한 작업 및 함수를 정의할 수 있는 기능을 제공합니다.
function [7:0] add(input [7:0] a, input [7:0] b);
add = a + b;
endfunction
<= 연산자를 사용하는 비차단 할당은 동기 설계를 더 잘 모델링할 수 있게 합니다.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // 나중에 실행되도록 예약됨
end
Verilog 개발은 다양한 도구와 IDE를 통해 용이하게 이루어집니다. 일반적으로 사용되는 소프트웨어에는 ModelSim, Synopsys VCS 및 Cadence Incisive가 있으며, 이들은 시뮬레이션, 합성 및 디버깅 기능을 제공합니다.
Verilog 프로젝트를 빌드하려면 일반적으로 .v 파일에 Verilog 코드를 작성합니다. 그런 다음 명령줄이나 IDE 내에서 시뮬레이터 또는 합성 도구를 호출할 수 있습니다. 예를 들어, 컴파일 명령은 다음과 같을 수 있습니다.
vcs my_design.v -o my_sim
컴파일 후에는 다음과 같이 시뮬레이션을 실행할 수 있습니다.
./my_sim
Verilog는 디지털 회로의 설계 및 검증에 주로 사용됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
하드웨어를 다양한 추상화 수준에서 모델링할 수 있는 능력 덕분에 전자 산업 전반에 걸쳐 다양한 응용 프로그램에 적합합니다.
Verilog는 VHDL과 같은 다른 HDL 언어와 자주 비교됩니다. 두 언어 모두 유사한 목적을 가지고 있지만, Verilog는 C 프로그래밍 언어와 유사한 단순화된 구문 덕분에 일반적으로 배우기 더 쉽다고 여겨집니다. VHDL은 강력한 타입 검사가 필요한 보다 장황한 설계에 선호되며, 종종 정부 및 항공 우주 응용 프로그램에서 사용됩니다.
C 및 Java와 같은 소프트웨어 프로그래밍 언어와 비교할 때, Verilog는 하드웨어 구조와 동시 프로세스에 중점을 두는 반면, 소프트웨어 언어는 순차적 및 절차적 논리를 처리합니다. Python은 고수준 테스트 및 시뮬레이션 데이터 처리를 위해 사용할 수 있지만 하드웨어 설명을 위한 직접적인 방법은 제공하지 않습니다.
Verilog 설계를 다른 HDL 형식으로 변환하려는 경우, Calyx와 같은 도구 및 기타 오픈 소스 소프트웨어가 이 프로세스를 용이하게 합니다. 그러나 Verilog의 특정 특성으로 인해 각 언어의 추상화 및 의도의 본질적인 차이로 인해 직접 번역이 어려울 수 있습니다.
Verilator 또는 Yosys와 같은 도구는 Verilog 코드를 다양한 형식으로 변환하거나 최적화하는 데 도움을 주기 위해 개발되었으며, 합성 및 시뮬레이션 기능을 제공합니다. 이러한 도구는 Verilog 설계를 흐름 지향 환경에 통합하는 데 특히 유용합니다.