寄存器傳輸語言詳解

　　電子系統(tǒng)中各單位之間是需要互相通信、互相協(xié)調，才能夠完成既定的功能，而在數(shù)字系統(tǒng)各模塊之間的信息傳輸，以及模塊內部各子模塊之間的信息加工、存儲與傳輸操作，不能用組合電路和時序電路中采用的方法進行描述，必須采用更高級的描述方法，方法之一是寄存器傳輸語言。

　　寄存器的功能十分重要，CPU對存儲器中的數(shù)據(jù)進行處理時，往往先把數(shù)據(jù)取到內部寄存器中，而后再作處理。外部寄存器是計算機中其它一些部件上用于暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它與CPU之間通過“端口”交換數(shù)據(jù)，外部寄存器具有寄存器和內存儲器雙重特點。

　　段寄存器（ES，CS，SS，DS，F(xiàn)S，GS）和變址寄存器（SI，DI）是配合使用訪問段數(shù)據(jù)的，指針寄存器（BP，SP）是用來操作堆棧的，BP指向棧的基址，SP則永遠指向棧頂。

　　另外指令指針EIP存放的是要執(zhí)行的下一條指令在代碼段里的偏移量，在實方式下，每個段的最大范圍都是64K，所以EIP的高16位都是0。

　　RTL寄存器傳輸語言就是既表示了寄存器傳輸操作，又和硬件之間有簡單對應關系的一種方便的設計工具，是描述各模塊內部和模塊之間連接關系的一種很好的方法。

　　數(shù)字系統(tǒng)中最常用到的微操作可分為四類：

　　1、寄存器傳送微操作

　　它可把二元信息從一個寄存器傳送到另一個寄存器，在操作中其信息的內容不會發(fā)生改變。

　　2、算術運算微操作

　　它可對存儲在寄存器的數(shù)字量進行加法、減法等算術運算。

　　3、邏輯運算微操作它可對存儲在寄存器的二元信息進行與、或和非等邏輯運算。

　　4、移位微操作

　　它可完成寄存器中二元信息的移位操作。

　　1、寄存器間相互傳送操作

　　在寄存器傳輸語言中，用大寫英文字母表示寄存器，也可以用圖形表示。還可以把寄存器的每一位都表示出來，其中方括號內是每一位的編號。

　　無條件傳送語句

　　無條件傳送語句的格式為：A B。其中，箭頭表示傳送方向，B稱為源寄存器，A稱為目的寄存器。傳送操作是一個復制過程，不改變源寄存器的內容，無條件傳送操作一般與時鐘無關，而是在一定條件下發(fā)生。

　　條件傳送語句

　　傳送條件常由控制器給出的邏輯函數(shù)規(guī)定，其中“！”和“*”是條件語句專用符，“！”稱為間隔符，其意義是間隔符左邊和右邊的數(shù)據(jù)之間沒有聯(lián)系。“*”是條件語句的連接符，“*”號右邊是傳送條件。

　　行為級和RTL級的區(qū)別

　　RTL級，register transfer level，指的是用寄存器這一級別的描述方式來描述電路的數(shù)據(jù)流方式；而Behavior級指的是僅僅描述電路的功能而可以采用任何verilog語法的描述方式。鑒于這個區(qū)別，RTL級描述的目標就是可綜合，而行為級描述的目標就是實現(xiàn)特定的功能而沒有可綜合的限制。

　　行為級是RTL的上一層，行為級是最符合人類邏輯思維方式的描述角度，一般基于算法，用C/C++來描述。從行為級到RTL級的轉換，一般都是由IC設計人員手工翻譯。

　　這個過程繁瑣，工作量很大，特別是隨著數(shù)字系統(tǒng)的復雜性提升，這樣的純手工“翻譯”過程容易出錯，且使得開發(fā)周期變長。一批高級綜合工具應運而生。如Menter Graphics的高層次綜合工具Catapult C Synthesis。能夠將數(shù)字系統(tǒng)的行為級描述映射為RTL設計，并滿足給定的目標限制。從層次由上到下，數(shù)字系統(tǒng)的設計過程為： Idea-》行為級描述-》rtl描述-》門級網標-》物理版圖

　　行為級的描述更多的是采取直接賦值的形式，只能看出結果，看不出數(shù)據(jù)流的實際處理過程。其中又大量采用算術運算，延遲等一些無法綜合的語句。常常只用于驗證仿真。

　　RTL級的描述就會更詳細一些，并且從寄存器的角度，把數(shù)據(jù)的處理過程表達出來?？梢匀菀椎乇痪C合工具綜合成電路的形式。

　　行為級描述可是說是RTL的上層描述，比RTL更抽象。行為描述不關心電路的具體結構，只關注算法，有行為綜合工具，可以直接將行為級的描述綜合為RTL級的，比如Behavioral Compiler。

　　在硬件設計中有一句著名的話：thinking of hardware。RTL在很大程度上是對流水線原理圖的描述。哪里是組合邏輯，哪里是寄存器，設計者應該了然于胸。組合邏輯到底如何實現(xiàn)，取決于綜合器和限制條件。

　　rtl級可以理解為，可以直接給綜合工具生成你要的網表的代碼，而行為級則不行。比如real可以用于行為級，而不能用于rtl級！

　　行為級 is for testbench for modelling. RTL is for synthesis，語法塊如果可以被綜合到gate level，就是RTL的。否則就是behavior level的。同樣是for語句，如果循環(huán)條件是常數(shù)，就是RTL的，如果是變量，就是behavior的。

　　行為級不考慮電路的實現(xiàn)，不考慮綜合RTL級描述數(shù)據(jù)在寄存器層次的流動模型。always 屬于行為級模型，是最基本的行為模型是可以綜合的。綜合與RTL或者行為級沒有必然聯(lián)系，雖然大多數(shù)行為模型不能綜合。