寄存器传输语言详解

　　电子系统中各单位之间是需要互相通信、互相协调，才能够完成既定的功能，而在数字系统各模块之间的信息传输，以及模块内部各子模块之间的信息加工、存储与传输操作，不能用组合电路和时序电路中采用的方法进行描述，必须采用更高级的描述方法，方法之一是寄存器传输语言。

　　寄存器的功能十分重要，CPU对存储器中的数据进行处理时，往往先把数据取到内部寄存器中，而后再作处理。外部寄存器是计算机中其它一些部件上用于暂存数据的寄存器，它与CPU之间通过“端口”交换数据，外部寄存器具有寄存器和内存储器双重特点。

　　段寄存器（ES，CS，SS，DS，FS，GS）和变址寄存器（SI，DI）是配合使用访问段数据的，指针寄存器（BP，SP）是用来操作堆栈的，BP指向栈的基址，SP则永远指向栈顶。

　　另外指令指针EIP存放的是要执行的下一条指令在代码段里的偏移量，在实方式下，每个段的最大范围都是64K，所以EIP的高16位都是0。

　　RTL寄存器传输语言就是既表示了寄存器传输操作，又和硬件之间有简单对应关系的一种方便的设计工具，是描述各模块内部和模块之间连接关系的一种很好的方法。

　　数字系统中最常用到的微操作可分为四类：

　　1、寄存器传送微操作

　　它可把二元信息从一个寄存器传送到另一个寄存器，在操作中其信息的内容不会发生改变。

　　2、算术运算微操作

　　它可对存储在寄存器的数字量进行加法、减法等算术运算。

　　3、逻辑运算微操作它可对存储在寄存器的二元信息进行与、或和非等逻辑运算。

　　4、移位微操作

　　它可完成寄存器中二元信息的移位操作。

　　1、寄存器间相互传送操作

　　在寄存器传输语言中，用大写英文字母表示寄存器，也可以用图形表示。还可以把寄存器的每一位都表示出来，其中方括号内是每一位的编号。

　　无条件传送语句

　　无条件传送语句的格式为：A B。其中，箭头表示传送方向，B称为源寄存器，A称为目的寄存器。传送操作是一个复制过程，不改变源寄存器的内容，无条件传送操作一般与时钟无关，而是在一定条件下发生。

　　条件传送语句

　　传送条件常由控制器给出的逻辑函数规定，其中“！”和“*”是条件语句专用符，“！”称为间隔符，其意义是间隔符左边和右边的数据之间没有联系。“*”是条件语句的连接符，“*”号右边是传送条件。

　　行为级和RTL级的区别

　　RTL级，register transfer level，指的是用寄存器这一级别的描述方式来描述电路的数据流方式；而Behavior级指的是仅仅描述电路的功能而可以采用任何verilog语法的描述方式。鉴于这个区别，RTL级描述的目标就是可综合，而行为级描述的目标就是实现特定的功能而没有可综合的限制。

　　行为级是RTL的上一层，行为级是最符合人类逻辑思维方式的描述角度，一般基于算法，用C/C++来描述。从行为级到RTL级的转换，一般都是由IC设计人员手工翻译。

　　这个过程繁琐，工作量很大，特别是随着数字系统的复杂性提升，这样的纯手工“翻译”过程容易出错，且使得开发周期变长。一批高级综合工具应运而生。如Menter Graphics的高层次综合工具Catapult C Synthesis。能够将数字系统的行为级描述映射为RTL设计，并满足给定的目标限制。从层次由上到下，数字系统的设计过程为： Idea-》行为级描述-》rtl描述-》门级网标-》物理版图

　　行为级的描述更多的是采取直接赋值的形式，只能看出结果，看不出数据流的实际处理过程。其中又大量采用算术运算，延迟等一些无法综合的语句。常常只用于验证仿真。

　　RTL级的描述就会更详细一些，并且从寄存器的角度，把数据的处理过程表达出来。可以容易地被综合工具综合成电路的形式。

　　行为级描述可是说是RTL的上层描述，比RTL更抽象。行为描述不关心电路的具体结构，只关注算法，有行为综合工具，可以直接将行为级的描述综合为RTL级的，比如Behavioral Compiler。

　　在硬件设计中有一句著名的话：thinking of hardware。RTL在很大程度上是对流水线原理图的描述。哪里是组合逻辑，哪里是寄存器，设计者应该了然于胸。组合逻辑到底如何实现，取决于综合器和限制条件。

　　rtl级可以理解为，可以直接给综合工具生成你要的网表的代码，而行为级则不行。比如real可以用于行为级，而不能用于rtl级！

　　行为级 is for testbench for modelling. RTL is for synthesis，语法块如果可以被综合到gate level，就是RTL的。否则就是behavior level的。同样是for语句，如果循环条件是常数，就是RTL的，如果是变量，就是behavior的。

　　行为级不考虑电路的实现，不考虑综合RTL级描述数据在寄存器层次的流动模型。always 属于行为级模型，是最基本的行为模型是可以综合的。综合与RTL或者行为级没有必然联系，虽然大多数行为模型不能综合。