Verilog é uma linguagem de descrição de hardware (HDL) utilizada para projetar, simular e verificar sistemas eletrônicos digitais, particularmente circuitos integrados (CIs). Concebida na década de 1980, o Verilog permite que engenheiros descrevam o comportamento e a estrutura de sistemas eletrônicos em vários níveis de abstração, desde o algoritmo de alto nível até o nível de porta. Seu papel principal é facilitar a simulação e a síntese de circuitos lógicos digitais, permitindo o design e a verificação eficientes de componentes de hardware complexos, como CPUs, FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) e ASICs (Application-Specific Integrated Circuits).
O Verilog originou-se em 1984 como uma linguagem proprietária desenvolvida pela Gateway Design Automation. Seu propósito inicial era fornecer uma ferramenta de modelagem para sistemas digitais. Em 1990, foi adquirida pela Cadence Design Systems, o que facilitou a adoção mais ampla da linguagem na indústria eletrônica.
Em 1995, o Verilog foi padronizado como IEEE 1364, marcando-o como um padrão oficial de HDL. Essa padronização contribuiu significativamente para a popularidade do Verilog, permitindo que competisse com outras HDLs, notavelmente o VHDL, que havia ganhado destaque na década de 1980 por seu uso em aplicações militares e aeroespaciais.
Nos anos seguintes, o Verilog evoluiu para incluir construções para metodologias de design modernas, como o SystemVerilog, uma extensão que incorpora recursos tanto do Verilog quanto de paradigmas de programação orientada a objetos. Agora, o SystemVerilog representa tanto uma ferramenta de verificação quanto de design, aprimorando ainda mais as capacidades do Verilog.
Atualmente, o Verilog e suas extensões continuam a ser uma linguagem fundamental na indústria de automação de design eletrônico (EDA), com um ecossistema robusto de ferramentas fornecidas por várias grandes empresas, como Synopsys, Mentor Graphics e Cadence.
O bloco fundamental no Verilog é o módulo. Os módulos contêm entradas, saídas e lógica interna.
module meu_adicionador(input a, input b, output soma);
assign soma = a + b;
endmodule
O Verilog suporta blocos procedurais como always e initial, que permitem lógica sequencial e inicialização.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Na borda de subida de clk, atribui d a q
end
Atribuições contínuas podem ser feitas usando a declaração assign, que garante que a saída reflita a mudança nas entradas imediatamente.
wire out;
assign out = a & b; // Porta AND
O Verilog permite modelagem direta usando primitivas embutidas como AND, OR e NOT.
and meu_and(out, a, b); // Instancia uma porta AND
Os bancos de teste são usados no Verilog para simular e verificar a funcionalidade de um design.
module tb_meu_adicionador;
reg a, b;
wire soma;
meu_adicionador dut (.a(a), .b(b), .soma(soma)); // Instancia o design
initial begin
a = 0; b = 0; #10; // Aplica entradas e espera
a = 1; #10;
b = 1; #10;
end
endmodule
O Verilog suporta declarações condicionais como if, case para tomada de decisão em blocos procedurais.
if (sel) begin
out = a;
end else begin
out = b;
end
Laços podem ser usados no Verilog para atribuições e operações repetitivas.
for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
// Realiza operações
end
O Verilog permite módulos parametrizados, possibilitando que designs sejam reutilizados com diferentes configurações.
module meu_multiplicador #(parameter LARGURA = 8)(input [LARGURA-1:0] a, input [LARGURA-1:0] b, output [2*LARGURA-1:0] produto);
assign produto = a * b;
endmodule
O Verilog fornece a capacidade de definir tarefas e funções para um design de código modular.
function [7:0] adicionar(input [7:0] a, input [7:0] b);
adicionar = a + b;
endfunction
Atribuições não bloqueantes usando o operador <= permitem uma melhor modelagem de designs síncronos.
always @(posedge clk) begin
q <= d; // Agendado para execução posterior
end
O desenvolvimento em Verilog é facilitado por uma variedade de ferramentas e IDEs. Os softwares comumente usados incluem ModelSim, Synopsys VCS e Cadence Incisive, que fornecem capacidades de simulação, síntese e depuração.
Para construir um projeto em Verilog, você normalmente escreve seu código Verilog em arquivos .v. Você pode então invocar um simulador ou ferramenta de síntese a partir da linha de comando ou dentro de uma IDE. Por exemplo, um comando de compilação pode ser assim:
vcs meu_design.v -o minha_sim
Após a compilação, você pode executar a simulação com:
./minha_sim
O Verilog é predominantemente utilizado no design e verificação de circuitos digitais, incluindo:
Sua capacidade de modelar hardware em vários níveis de abstração o torna versátil para inúmeras aplicações na indústria eletrônica.
O Verilog é frequentemente comparado a outras linguagens HDL, como o VHDL. Embora ambas sirvam a propósitos semelhantes, o Verilog é geralmente considerado mais fácil de aprender devido à sua sintaxe simplificada, semelhante à linguagem de programação C. O VHDL é preferido para designs mais verbosos que requerem forte verificação de tipos e é frequentemente usado em aplicações governamentais e aeroespaciais.
Quando comparado a linguagens de programação de software como C e Java, o Verilog foca em estruturas de hardware e processos concorrentes, enquanto as linguagens de software lidam com lógica sequencial e procedural. O Python pode ser usado para testes de alto nível e processamento de dados de simulação, mas não fornece um método direto para descrição de hardware.
Para aqueles que desejam traduzir designs Verilog para outros formatos de HDL, existem ferramentas como Calyx e outros softwares de código aberto que facilitam esse processo. No entanto, as características específicas do Verilog podem tornar as traduções diretas desafiadoras devido às diferenças inerentes na abstração e na intenção de cada linguagem.
Ferramentas como Verilator ou Yosys foram desenvolvidas para ajudar a converter código Verilog em vários formatos ou otimizá-lo, e oferecem capacidades para síntese e simulação. Essas ferramentas são particularmente úteis para integrar designs Verilog em ambientes orientados a fluxo.