Verilog中的基本数据类型

本文将讨论 verilog 中常用的数据类型，包括对数据表示、线网类型、变量类型和数组，分享一下使用方法和注意事项。

一、Verilog 中的数值表示

编写 verilog代码 时，经常需要在代码中表示数据值，可以将这些数据表示为2进制、8进制、10进制或16进制值。

特别是verilog中需要定义数据的位宽，因为verilog 本质上是在描述硬件电路。

语法：

说明：

• bits：位宽，可省略，则默认是32bit
• representation：进制， b或B表示2进制，o或O表示8进制，d或D表示10进制，h或H表示16进制，可省略，则默认是十进制​
• value ：具体数值

示例：

8'b1000_1000;    //2进制表示
4'o10;      //8进制表示
4'd8;       //10进制表示
4'h8;       //十六进制表示

每一个bit位不同值表示：

二、Verilog 中的基本数据类型

verilog 中的基本数据类型可以分为两大类：线网类型（net）和变量类型（variable ）

net类型用来对数字电路中的连接关系建模，无法存储数值，表示数据驱动路线。

variable类型用来对寄存器或触发器建模，可以存储数据。

1、Verilog 中的net类型

用来描述设计中不同组件之间的物理连接，net类型本身不能用于存储数据或驱动数据。

通常使用连续赋值（continuous assignment）语句来将数据驱动到线型（wire）上，如assign 语句。

verilog 中最常用的net类型就是wire类型。 使用wire类型来声明设计中基本的点对点连接信号，顾名思义，它们大致相当于传统电路中的电线（wire英文原意）。

wire a;          //声明一个1位宽wire类型信号a
 
assign a = c;    //使用assign关键字来赋值
assign b = d;    //使用assign关键字来赋值

2、Verilog 中的变量类型

verilog 中使用变量类型来存储数据，可以一直保持这个值直到被再次赋值。

verilog中最常用的变量类型是reg类型，用于always语句块内，如下面的代码片段所示，实现了一个D触发器。

reg q;
//D触发器
always @(posedge clock)
  q <= d;
end

虽然reg 类型常被用来建模触发器，但在某些情况下，reg 类型也可用于在 verilog 中对组合逻辑进行建模。

reg q;
always @(*)
  q = d;
end

verilog 中最常用的数值数据类型是integer类型。 但是，integer类型通常用于模块中的内部信号而不是端口。

注意：integer默认是32bit的有符号数。

integer a = 255;    //声明一个值为255的integer类型变量a

3、Verilog 中的有符号（Signed）和无符号数据（Unsigned）

Verilog-2001 标准引入了signed 和 unsigned关键字，在Verilog-2001标准发布之前，所有net类型和variable类型都只能用于存储无符号（Unsigned）数据类型。

默认情况下，integer类型是有符号的，而 reg 和 wire 类型都是无符号的。 如果希望修改此默认行为，则需要使用这些关键字（signed 和 unsigned），在 verilog 代码中将变量类型声明为signed时，会是补码。

示例：

//声明无符号reg变量a、有符号reg变量b
reg [31:0] a;
reg signed [31:0] b;
 
//声明无符号wire变量a、有符号wire变量b
wire [31:0] a;
wire signed [31:0] b;
 
//声明无符号integer变量a、有符号integer变量b
integer unsigned a;
integer b;

4、Verilog 中的数组（Arrays ）

在 verilog 中可以创建和使用Arrays（数组）类型，在FPGA中实际是使用LUT或BRAM来实现的。

（1）一维数组

语法：

说明：

• type表示数组元素的类型
• size表示数据元素的位宽大小
• variable_name表示数组名称
• elements是表示数组的大小

示例：

//定义一个共有8个元素的数组example，每个元素的位宽为3位
wire [2:0] example [7:0];

可以使用带有数组下标的方括号来访问数组中的单个元素，如：

//将5赋值给数组example中的最后一个元素
assign example[7] = 3'h5;

（2）多维数组

在Verilog-1995标准中，只能创建一维数组。 verilog 2001 标准则可以创建多于一维的数组。 为此，只需添加另一个字段来定义需要的元素数量。

语法：

说明：

• type表示数组元素的类型
• size表示数据元素的位宽大小
• variable_name表示数组名称
• elements0是表示数组第一层的大小
• elements1表示数组第二层的大小

示例：

wire [3:0] example2d [7:0][1:0];
//赋值操作
assign example2d [7][1] = 4'ha;
assign example2d [7][0] = 4'ha;

verilog数组还是挺好用的，可以用于简化写代码的逻辑，适用于循环复制的模块或代码。

genvar i;
wire [1:0] data_in [0:4];
wire [1:0] data_out [0:4];

generate
for(i = 0; i < 5; i = i + 1) begin: module_test
     mod_test u_mod_test(
        .clk(clk),
        .reset(reset),
        .data_in(data_in[i]),
        .data_out(data_out[i])
     );
end
endgenerate

integer j;
reg  [2:0] shift_add_index [0:8];

always@(posedge clk) begin
     shift_add_index[0] <= 'd2;
end

always@(posedge clk) begin
     for(j = 1; j < 9; j = j+1) begin
         shift_add_index[j] <= shift_add_index[j-1] + j;
     end
end