Verilog to język opisu sprzętu (HDL) wykorzystywany do projektowania, symulacji i weryfikacji cyfrowych systemów elektronicznych, szczególnie układów scalonych (IC). Stworzony w latach 80-tych, Verilog pozwala inżynierom opisywać zachowanie i strukturę systemów elektronicznych na różnych poziomach abstrakcji, od algorytmu wysokiego poziomu po poziom bramek. Jego główną rolą jest ułatwienie symulacji i syntezy cyfrowych układów logicznych, co umożliwia efektywne projektowanie i weryfikację złożonych komponentów sprzętowych, takich jak CPU, FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) i ASIC (Application-Specific Integrated Circuits).
Verilog powstał w 1984 roku jako język własnościowy opracowany przez Gateway Design Automation. Jego początkowym celem było dostarczenie narzędzia do modelowania systemów cyfrowych. W 1990 roku został przejęty przez Cadence Design Systems, co ułatwiło szersze przyjęcie języka w przemyśle elektronicznym.
W 1995 roku Verilog został ustandaryzowany jako IEEE 1364, co oznaczało go jako oficjalny standard HDL. Ta standaryzacja znacząco przyczyniła się do popularności Verilog, pozwalając mu konkurować z innymi językami HDL, szczególnie VHDL, który zyskał na znaczeniu w latach 80-tych dzięki zastosowaniom wojskowym i lotniczym.
W kolejnych latach Verilog ewoluował, aby obejmować konstrukcje dla nowoczesnych metodologii projektowania, takich jak SystemVerilog, rozszerzenie, które łączy cechy zarówno Verilog, jak i paradygmatów programowania obiektowego. Obecnie SystemVerilog reprezentuje zarówno narzędzie weryfikacyjne, jak i projektowe, co dodatkowo zwiększa możliwości Verilog.
Na dzień dzisiejszy Verilog i jego rozszerzenia nadal stanowią podstawowy język w przemyśle automatyzacji projektowania elektroniki (EDA), z solidnym ekosystemem narzędzi dostarczanych przez różne duże firmy, takie jak Synopsys, Mentor Graphics i Cadence.
Podstawowym elementem w Verilog jest moduł. Moduły zawierają wejścia, wyjścia i logikę wewnętrzną.
module my_adder(input a, input b, output sum);
assign sum = a + b;
endmodule
Verilog wspiera bloki proceduralne, takie jak always i initial, które pozwalają na logikę sekwencyjną i inicjalizację.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Na narastającym zboczu clk, przypisz d do q
end
Ciągłe przypisania można wykonać za pomocą instrukcji assign, która zapewnia, że wyjście odzwierciedla zmianę wejść natychmiast.
wire out;
assign out = a & b; // Bramkowy AND
Verilog pozwala na bezpośrednie modelowanie za pomocą wbudowanych prymitywów, takich jak AND, OR i NOT.
and my_and(out, a, b); // Instancjonuje bramkę AND
Testbenche są używane w Verilog do symulacji i weryfikacji funkcjonalności projektu.
module tb_my_adder;
reg a, b;
wire sum;
my_adder dut (.a(a), .b(b), .sum(sum)); // Instancjonuj projekt
initial begin
a = 0; b = 0; #10; // Zastosuj wejścia i czekaj
a = 1; #10;
b = 1; #10;
end
endmodule
Verilog wspiera instrukcje warunkowe, takie jak if, case do podejmowania decyzji w blokach proceduralnych.
if (sel) begin
out = a;
end else begin
out = b;
end
Pętle mogą być używane w Verilog do powtarzalnych przypisań i operacji.
for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
// Wykonaj operacje
end
Verilog pozwala na parametryzowane moduły, co umożliwia ponowne wykorzystanie projektów z różnymi konfiguracjami.
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 zapewnia możliwość definiowania zadań i funkcji dla modularnego projektowania kodu.
function [7:0] add(input [7:0] a, input [7:0] b);
add = a + b;
endfunction
Przypisania nieblokujące za pomocą operatora <= pozwalają na lepsze modelowanie synchronizacyjnych projektów.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Zaplanowane do późniejszego wykonania
end
Rozwój Verilog jest wspierany przez różnorodne narzędzia i IDE. Powszechnie używane oprogramowanie obejmuje ModelSim, Synopsys VCS i Cadence Incisive, które oferują możliwości symulacji, syntezy i debugowania.
Aby zbudować projekt Verilog, zazwyczaj piszesz kod Verilog w plikach .v. Następnie możesz wywołać symulator lub narzędzie syntezujące z linii poleceń lub w IDE. Na przykład, polecenie kompilacji może wyglądać następująco:
vcs my_design.v -o my_sim
Po kompilacji możesz uruchomić symulację za pomocą:
./my_sim
Verilog jest głównie używany w projektowaniu i weryfikacji cyfrowych układów, w tym:
Jego zdolność do modelowania sprzętu na różnych poziomach abstrakcji czyni go wszechstronnym w wielu zastosowaniach w przemyśle elektronicznym.
Verilog często porównywany jest z innymi językami HDL, takimi jak VHDL. Chociaż oba służą podobnym celom, Verilog jest ogólnie uważany za łatwiejszy do nauki z powodu uproszczonej składni podobnej do języka programowania C. VHDL jest preferowany w bardziej rozbudowanych projektach, które wymagają silnego sprawdzania typów i często jest używany w zastosowaniach rządowych i lotniczych.
W porównaniu z językami programowania, takimi jak C i Java, Verilog koncentruje się na strukturach sprzętowych i procesach równoległych, podczas gdy języki programowania obsługują logikę sekwencyjną i proceduralną. Python może być używany do testowania na wysokim poziomie i przetwarzania danych symulacyjnych, ale nie zapewnia bezpośredniej metody opisu sprzętu.
Dla tych, którzy chcą przetłumaczyć projekty Verilog na inne formaty HDL, istnieją narzędzia, takie jak Calyx i inne oprogramowanie open-source, które ułatwiają ten proces. Jednak specyficzne cechy Verilog mogą utrudniać bezpośrednie tłumaczenia z powodu inherentnych różnic w abstrakcji i intencji każdego języka.
Narzędzia takie jak Verilator lub Yosys zostały opracowane, aby pomóc w konwersji kodu Verilog na różne formaty lub jego optymalizacji, a także oferują możliwości syntezy i symulacji. Narzędzia te są szczególnie przydatne do integrowania projektów Verilog w środowiskach zorientowanych na przepływ.