最流行的硬件設(shè)計語言,VHDL和Verilog比較

當(dāng)前最流行的硬件設(shè)計語言有兩種，即 VHDL 與 Verilog HDL，兩者各有優(yōu)劣，也各有相當(dāng)多的擁護(hù)者。VHDL 語言由美國軍方所推出，最早通過國際電機(jī)工程師學(xué)會（IEEE）的標(biāo)準(zhǔn)，在北美及歐洲應(yīng)用非常普遍。而 Verilog HDL 語言則由 Gateway 公司提出，這家公司輾轉(zhuǎn)被Cadence所購并，并得到Synopsys的支持。在得到這兩大 EDA 公司的支持后，也隨后通過了 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，在美國、日本及中國***地區(qū)使用非常普遍。

我們把這兩種語言具體比較下：

1．整體結(jié)構(gòu)

點評：

兩者結(jié)構(gòu)基本相似，并行語句的種類也類似；

VHDL語言需要進(jìn)行大量說明，程序通常比較長；

Verilog HDL通常不進(jìn)行說明，或只進(jìn)行非常簡短的說明，程序比較簡短。

2．?dāng)?shù)據(jù)對象及類型

VHDL

常量 信號 變量 9種預(yù)定義類型 各類用戶定義類型

可描述各類不同的量

必須進(jìn)行類型說明

運算時必須考慮類型的一致性和適用性

Verilog HDL

常量： 數(shù)量，參量

變量：網(wǎng)絡(luò)型 寄存器型

類型種類少

運算時所受的約束少

3．運算符號

運算主要分為3類 ： 算術(shù)運算 邏輯運算 關(guān)系運算

算術(shù)運算

VHDL中有10種 但很多都不能進(jìn)行綜合，只能用于行為描述

Verilog HDL中只有能夠綜合的5種

邏輯運算

VHDL中 有常用的6種，均用字符形式表達(dá)

Verilog HDL中有3類共14種，

分為一般邏輯運算，位邏輯運算，縮減邏輯運算

關(guān)系運算

VHDL中有6種

Verilog HDL中有2類共8種，對比增加了全等和不全等（用于對不定態(tài)比較）。

除了以上3類運算外，VHDL中還有連接運算，Verilog HDL中還有連接運算、移位運算和條件運算。

點評：

VHDL的運算劃分比較抽象，適應(yīng)面較廣

Verilog HDL的運算劃分比較具體，對邏輯代數(shù)反映更細(xì)致一些。

4．語句

兩種語言的語句都分為并行語句和順序語句，并行語句在主程序中使用，順序語句只能在子結(jié)構(gòu)中使用；

并行語句都分為3種形式：

5．子結(jié)構(gòu)

function function 'define

procedure task

6．附加結(jié)構(gòu)

library

package 'include

7．典型程序?qū)Ρ龋?/p>

8位4選1MUX

8位加法器

8位二進(jìn)制加法計數(shù)器

序列信號發(fā)生器：kser

預(yù)先設(shè)計模塊：8選1MUX：MUX8控制輸入a[2..0] 數(shù)據(jù)輸入d[7..0] 數(shù)據(jù)輸出y

3位2進(jìn)制加法計數(shù)器：COUNTER3時鐘輸入 clk狀態(tài)輸出q[2..0]

設(shè)計要求：按照時鐘節(jié)拍，由y端口循環(huán)順序輸出“11110101”序列信號

初學(xué)者往往頭疼于選哪種入門合適。其實，隨便選一種即可。最關(guān)鍵的是要養(yǎng)成良好的代碼編寫風(fēng)格，在滿足功能和性能目標(biāo)的前提下，增強(qiáng)代碼的可讀性、可移植性。

良好代碼編寫風(fēng)格的通則概括如下：

（1） 對所有的信號名、變量名和端口名都用小寫，這樣做是為了和業(yè)界的習(xí)慣保持一致；對常量名和用戶定義的類型用大寫；

（2） 使用有意義的信號名、端口名、函數(shù)名和參數(shù)名；

（3） 信號名長度不要太長；

（4） 對于時鐘信號使用clk 作為信號名，如果設(shè)計中存在多個時鐘，使用clk 作為時鐘信號的前綴；

（5） 對來自同一驅(qū)動源的信號在不同的子模塊中采用相同的名字，這要求在芯片總體設(shè)計時就定義好頂層子模塊間連線的名字，端口和連接端口的信號盡可能采用相同的名字；

（6） 對于低電平有效的信號，應(yīng)該以一個下劃線跟一個小寫字母b 或n 表示。注意在同一個設(shè)計中要使用同一個小寫字母表示低電平有效；

（7） 對于復(fù)位信號使用rst 作為信號名，如果復(fù)位信號是低電平有效，建議使用rst_n；

（8） 當(dāng)描述多比特總線時，使用一致的定義順序，對于verilog 建議采用bus_signal[x:0]的表示；

（9） 盡量遵循業(yè)界已經(jīng)習(xí)慣的一些約定。如*_r 表示寄存器輸出，*_a 表示異步信號，*_pn 表示多周期路徑第n 個周期使用的信號，*_nxt 表示鎖存前的信號，*_z 表示三態(tài)信號等；

（10）在源文件、批處理文件的開始應(yīng)該包含一個文件頭、文件頭一般包含的內(nèi)容如下例所示：文件名，作者，模塊的實現(xiàn)功能概述和關(guān)鍵特性描述，文件創(chuàng)建和修改的記錄，包括修改時間，修改的內(nèi)容等；

（11）使用適當(dāng)?shù)淖⑨寔斫忉屗械腶lways 進(jìn)程、函數(shù)、端口定義、信號含義、變量含義或信號組、變量組的意義等。注釋應(yīng)該放在它所注釋的代碼附近，要求簡明扼要，只要足夠說明設(shè)計意圖即可，避免過于復(fù)雜；

（12）每一行語句獨立成行。盡管VHDL 和Verilog 都允許一行可以寫多個語句，當(dāng)時每個語句獨立成行可以增加可讀性和可維護(hù)性。同時保持每行小于或等于72 個字符，這樣做都是為了提高代碼得可讀性；

（13）建議采用縮進(jìn)提高續(xù)行和嵌套語句得可讀性?？s進(jìn)一般采用兩個空格，如西安交通大學(xué)SOC 設(shè)計中心2 如果空格太多則在深層嵌套時限制行長。同時縮進(jìn)避免使用TAB 鍵，這樣可以避免不同機(jī)器TAB 鍵得設(shè)置不同限制代碼得可移植能力；

（14）在RTL 源碼的設(shè)計中任何元素包括端口、信號、變量、函數(shù)、任務(wù)、模塊等的命名都不能取Verilog 和VHDL 語言的關(guān)鍵字；

（15）在進(jìn)行模塊的端口申明時，每行只申明一個端口，并建議采用以下順序：

輸入信號的clk、rst、enables other control signals、data and address signals。然后再申明輸出信號的clk、rst、enalbes other control signals、data signals；

（16）在例化模塊時，使用名字相關(guān)的顯式映射而不要采用位置相關(guān)的映射，這樣可以提高代碼的可讀性和方便debug 連線錯誤；

（17）如果同一段代碼需要重復(fù)多次，盡可能使用函數(shù)，如果有可能，可以將函數(shù)通用化，以使得它可以復(fù)用。注意，內(nèi)部函數(shù)的定義一般要添加注釋，這樣可以提高代碼的可讀性；

（18）盡可能使用循環(huán)語句和寄存器組來提高源代碼的可讀性，這樣可以有效地減少代碼行數(shù)；

（19）對一些重要的always 語句塊定義一個有意義的標(biāo)號，這樣有助于調(diào)試。注意標(biāo)號名不要與信號名、變量名重復(fù)；

（20）代碼編寫時的數(shù)據(jù)類型只使用IEEE 定義的標(biāo)準(zhǔn)類型，在VHDL 語言中，設(shè)計者可以定義新的類型和子類型，但是所有這些都必須基于IEEE 的標(biāo)準(zhǔn)；

（21）在設(shè)計中不要直接使用數(shù)字，作為例外，可以使用0 和1。建議采用參數(shù)定義代替直接的數(shù)字。同時，在定義常量時，如果一個常量依賴于另一個常量，建議在定義該常量時用表達(dá)式表示出這種關(guān)系；

（22）不要在源代碼中使用嵌入式的dc_shell 綜合命令。這是因為其他的綜合工具并不認(rèn)得這些隱含命令，從而導(dǎo)致錯誤的或較差的綜合結(jié)果。即使使用Design Compiler，當(dāng)綜合策略改變時，嵌入式的綜合命令也不如放到批處理綜合文件中易于維護(hù)。這個規(guī)則有一個例外的綜合命令，即編譯開關(guān)的打開和關(guān)閉可以嵌入到代碼中；

（23）在設(shè)計中避免實例化具體的門級電路。門級電路可讀性差，且難于理解和維護(hù)，如果使用特定工藝的門電路，設(shè)計將變得不可移植。如果必須實例化門電路，我們建議采用獨立于工藝庫的門電路，如SYNOPSYS 公司提供的GTECH 庫包含了高質(zhì)量的常用的門級電路；

（24）避免冗長的邏輯和子表達(dá)式；

（25）避免采用內(nèi)部三態(tài)電路，建議用多路選擇電路代替內(nèi)部三態(tài)電路。