Verilog在設(shè)計(jì)時(shí)候的不方便地方

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Verilog始于20世紀(jì)80年代初，是一家名為Gateway Design Automation的公司的專有硬件描述語(yǔ)言（HDL）。最初的Verilog HDL的主要作者是Phil Moorby。

IEEE于1993年接管了Verilog語(yǔ)言，并在兩年后發(fā)布了正式的IEEE Verilog HDL標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 1364-1995，昵稱為“Verilog-95”。五年后，IEEE發(fā)布了1364-2001，綽號(hào)為“Verilog2001”，其中有許多用于建模和驗(yàn)證數(shù)字設(shè)計(jì)的增強(qiáng)功能。

下圖顯示了Verilog-95中的主要語(yǔ)言功能，以及Verilog-2001中添加的主要新功能。請(qǐng)注意，此圖并不是語(yǔ)言特性的全面列表。其目的是展示Verilog-2001添加到原始Verilog語(yǔ)言中的主要新功能。

圖 Verilog-95和Verilog-2001語(yǔ)言特性

從Verilog發(fā)布到今天，其已經(jīng)經(jīng)歷了四十年的風(fēng)雨，早期的“電路”設(shè)計(jì)Verilog的確很方便，尤其在那個(gè)年代，其也崔進(jìn)了集成電路的發(fā)展。但是“老”不代表方便，尤其高速發(fā)展的今天，集成電路以摩爾定律指數(shù)發(fā)展，FPGA的應(yīng)用場(chǎng)合以越來(lái)越復(fù)雜，復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)讓這個(gè)“老人”有些力不從心，今天我們就簡(jiǎn)單總結(jié)一下Verilog在設(shè)計(jì)時(shí)候的不方便地方。

Verilog的“貪婪”

下面是一個(gè)很常見的錯(cuò)誤：

Unable?to?bind?wire/reg/memory?`D'?in?`tb_alu_8bits.U0.$ivl_for_loop0'?1?err

變量D未聲明

聲明的“貪婪”

需要這么多聲明嗎？

大家在進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)時(shí)候是否對(duì)于變量申明感覺很煩，對(duì)于無(wú)休無(wú)止的變量聲明和位寬聲明，很容易在設(shè)計(jì)時(shí)候引進(jìn)錯(cuò)誤。

尤其對(duì)于一些綜合器在推斷變量的類型及位寬時(shí)候的錯(cuò)誤很難檢查出來(lái)，只有在進(jìn)行仿真及驗(yàn)證的時(shí)候才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

Verilog的“傲慢”

Verilog 是一種弱類型和有限類型的語(yǔ)言，就導(dǎo)致其錯(cuò)誤檢測(cè)很弱。

PS:VHDL是強(qiáng)類型語(yǔ)言，SystemVerilog在兼容Verilog部分是弱類型，其他部分基本都是強(qiáng)類型。強(qiáng)類型的好處是在驗(yàn)證過(guò)程中盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。

一些錯(cuò)誤在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候，Verilog并不會(huì)爆出錯(cuò)誤，但是會(huì)導(dǎo)致功能有問(wèn)題，這種問(wèn)題很難檢查出來(lái)，比如位寬不匹配、跨時(shí)鐘域、鎖存器等問(wèn)題，這是因?yàn)閂erilog會(huì)自動(dòng)進(jìn)行位寬匹配，只有在進(jìn)行l(wèi)inting時(shí)候會(huì)爆出來(lái)警告，綜合時(shí)候基本不會(huì)爆出錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤檢測(cè)的“傲慢”

傲慢到不讓我進(jìn)行檢測(cè)！

Verilog的“色欲”

不知道大家設(shè)計(jì)時(shí)函數(shù)或者任務(wù)用的多不多？

我猜肯定不多，而且很多Verilog入門教材中都是不建議使用函數(shù)或者任務(wù)，主要是因?yàn)閂erilog使用函數(shù)或者任務(wù)有很多限制。

函數(shù)的限制：

函數(shù)不能由時(shí)間控制語(yǔ)句甚至延遲運(yùn)算符組成。
函數(shù)至少有一個(gè)輸入?yún)?shù)聲明。
函數(shù)可以由函數(shù)調(diào)用組成，但函數(shù)不能由任務(wù)組成。
函數(shù)在零模擬時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，并在調(diào)用時(shí)返回單個(gè)值。
在編寫可綜合 RTL時(shí)，不建議使用函數(shù)。
函數(shù)用于編寫行為或可仿真模型。
函數(shù)不應(yīng)具有非阻塞賦值。

任務(wù)的限制：

任務(wù)可以由時(shí)間控制語(yǔ)句甚至延遲操作符組成。
任務(wù)可以有輸入和輸出聲明。
任務(wù)可以由函數(shù)調(diào)用組成，但函數(shù)不能由任務(wù)組成。
任務(wù)可以有輸出參數(shù)，在調(diào)用時(shí)不用于返回值。
任務(wù)可用于調(diào)用其他任務(wù)。
在編寫可綜合RTL時(shí)，不建議使用任務(wù)。
任務(wù)用于編寫行為或可仿真模型。

以上的種種限制，你確定你設(shè)計(jì)的函數(shù)或者任務(wù)能簡(jiǎn)化你的設(shè)計(jì)嗎？

函數(shù)、任務(wù)的“色欲”

愛我卻不讓我廣泛使用你~

上例是從給定字符串中計(jì)算1個(gè)數(shù)的設(shè)計(jì)。在本例中，函數(shù)與參數(shù)“data_in”一起使用。函數(shù)名為“count_1s_in_byte”。在大多數(shù)協(xié)議描述中，需要對(duì)輸入字符串執(zhí)行一些操作。在此示例中，字符串為8位輸入“data_in”，輸出結(jié)果為4位“out”。不建議使用該函數(shù)進(jìn)行綜合。

Verilog的“懶惰”

當(dāng)你設(shè)計(jì)了一個(gè)功能module，下一個(gè)文件想引用時(shí)候就需要例化，當(dāng)你的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜時(shí)候（有幾十個(gè)module）你就會(huì)發(fā)現(xiàn)Verilog的例化極其不方便，需要手動(dòng)例化，不僅浪費(fèi)時(shí)間而且很容易出錯(cuò)（對(duì)于初學(xué)者這種錯(cuò)誤很常見）。

例化的“懶惰”

例化能不能不這么懶！

Verilog的“嫉妒”

Verilog不像VHDL有豐富的包文件，同時(shí)也沒(méi)有像一些高級(jí)語(yǔ)言庫(kù)文件（不奢求）。同時(shí)自己的參數(shù)化也不是很方便(宏做參數(shù)化時(shí)候，幾十個(gè)變量情況怎么辦？)。

現(xiàn)在我需要做一個(gè)乘法器，我需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間去了解乘法器的結(jié)構(gòu)，然后去設(shè)計(jì)和優(yōu)化，如果有一個(gè)math包那是不是會(huì)大大減少設(shè)計(jì)時(shí)間呢？

庫(kù)、包的“嫉妒”

Verilog很嫉妒別的語(yǔ)言豐富的庫(kù)、包文件（Python：你直接念我身份證）。

Verilog的“暴食”

對(duì)于復(fù)雜設(shè)計(jì)，Verilog設(shè)計(jì)基本都是以“年、月”進(jìn)行計(jì)時(shí)的，對(duì)于時(shí)間簡(jiǎn)直就是惡魔。

調(diào)試的時(shí)候更是麻煩，增減一個(gè)信號(hào)或者改動(dòng)一個(gè)小小邏輯都需要重新綜合（調(diào)整時(shí)序時(shí)候需要插入寄存器的時(shí)候，想想都恐怖~）。

時(shí)間的“暴食”

大型設(shè)計(jì)以月為時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，調(diào)試時(shí)候更是“摸魚”黨的福利~

Verilog的“暴怒”

由于上面的各種缺陷，導(dǎo)致一些老工程師在編寫Verilog時(shí)候?yàn)榱吮ＷC綜合性及正確性會(huì)將設(shè)計(jì)的“邏輯性”很強(qiáng)，如果沒(méi)有好的注釋，就會(huì)導(dǎo)致其他人在讀代碼時(shí)候可讀性比較差（SV在這方面改進(jìn)了很多，使代碼的自讀性加強(qiáng)）。

注釋的“暴怒”

沒(méi)有注釋看得你“抓狂”。

總結(jié)

上面的觀點(diǎn)比較偏激，都是拿著Verilog的缺點(diǎn)對(duì)比其他語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，大家看看笑笑就好了，千萬(wàn)別較真，任何語(yǔ)言都有自己局限性，如果有那么優(yōu)秀的編程語(yǔ)言，目前就不會(huì)出現(xiàn)幾十上百種設(shè)計(jì)語(yǔ)言了。

Verilog有自己的缺點(diǎn)，但是也在逐步完善~