FPGA入门之信号类型

第4节 信号类型

Verilog HDL 的信号类型有很多种，主要包括两种数据类型：线网类型(net type) 和寄存器类型（ reg type）。在进行工程设计的过程中也只会使用到这两个类型的信号。

4.1 信号位宽

定义信号类型的同时，必须定义好信号的位宽。默认信号的位宽是 1 位，当信号的位宽为 1 时可不表述，如定义位宽为 1 的 wire 型信号 a 可直接用“ wire a;”来表示。 但信号的位宽大于 1 位时就一定要表示出来，如用“ wire [7:0]”来表示该 wire 型信号的位宽为 8 位（位宽数从0开始计)。

信号的位宽取决于要该信号要表示的最大值。该信号能表示的无符号数最大值是： 2n-1，其中n表示该信号的位宽。例如，信号 a 的最大值为 1000，那么信号 a 的位宽必须大于或等于 10 位。

下面分享一个位宽计算技巧：打开电脑的“计算器” 后选用程序员模式，在在 10 进制下输入信号值，如 1000，随后可以查看信号位宽。

4.2 线网类型 wire

线网类型用于对结构化器件之间的物理连线的建模， 如器件的管脚，芯片内部器件如与门的输出等。由于线网类型代表的是物理连接线，因此其不存储逻辑值，必须由器件驱动。通常用 assign 进行赋值， 如 assign A = B ^ C。

wire 类型定义语法如下：

wire [msb: lsb] wire1, wire2, . . .,wireN;

msb 和 lsb 定义了范围，表示了位宽。例如[7:0]是 8 位位宽，也就是可以表示成 8’b0 至 8’b1111_1111；

msb 和 lsb 必须为常数值；

如果没有定义范围，缺省值为 1 位；

没有定义信号数据类型时，缺省为 wire 类型。

注意数组类型按照降序方式，如[7： 0] ， 不要写成[0:7]。

下面对上述情况进行举例说明：

wire [3:0] Sat; // Sat 为 4 位线型信号

wire Cnt; //1 位线型信号

wire [31:0] Kisp, Pisp, Lisp ;// Kisp, Pisp, Lisp 都是 32 位的线型信号。

4.3 寄存器类型 reg

reg 是最常用的寄存器类型，寄存器类型通常用于对存储单元的描述，如 D 型触发器、 ROM等。寄存器类型信号的特点是在某种触发机制下分配了一个值，在下一触发机制到来之前保留原值。但必须注意的是： reg 类型的变量不一定是存储单元，如在 always 语句中进行描述的必须是用 reg类型的变量。

reg 类型定义语法如下：

reg [msb: lsb] reg1, reg2, . . . reg N;

msb 和 lsb 定义了范围，表示了位宽。例如[7:0]是 8 位位宽，也就是可以表示成 8’b0 至 8’b1111_1111；

msb 和 lsb 必须为常数值；

如果没有定义范围，缺省值为 1 位；

没有定义信号数据类型时，缺省为 wire 类型，不是 reg 型。

对数组类型按照降序方式，如[7： 0] ；不要写成[0:7]。

例如：

reg [3:0] Sat; // Sat 为 4 位寄存器型信号。

reg Cnt; //1 位寄存器。

reg [31:0] Kisp, Pisp, Lisp ; // Kisp, Pisp, Lisp 都是 32 位的寄存器型信号。

4.4 wire 和 reg 的区别

reg 型信号并不一定生成寄存器。 针对什么时候使用 wire 类型，什么时候用 reg 类型这一问题，本书总结出一套解决方法：在 本模块中使用 always 设计的信号都定义为 reg 型， 其他信号都定义为 wire 型 。

上述代码中， cnt1 是用 always 设计的，所以定义为 reg 型。 add_cnt1 和 end_cnt 不是由 always 产生的，所以定义为 wire 型。

上述代码中，信号 x 是用 always 设计的，所以要定义为 reg 型。注意： 实际的电路中信号 x 不是寄存器类型，但仍然定义为 reg 型。

以上是例化的代码，其中 df 是例化模块的输出。由于 df 不是由 always 产生的，而是例化产生的， 因此要定义成 wire 型。

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